Licht im Flüstergewölbe

BMBF-Forschungsprojekt „FLÜSTERLICHT“ erforscht Flüstergalerie-Resonatoren als Basis für eine neue Generation von durchstimmbaren Laserstrahlquellen.

Versuchsaufbau eines Flüstergalerie-Resonators mit Koppelprisma. Bild: Holger Kock, Fraunhofer IPM, Freiburg

06.05.15

BMBF-Forschungsprojekt FLÜSTERLICHT

In der Kuppel der Saint Paul´s Cathedral in London und anderen ähnlichen Bauwerken können Besucher ein besonderes physikalisches Phänomen erleben, das auch unter der Bezeichnung Flüstergalerie-Effekt bekannt ist. Entlang der gesamten Galerie der Kuppel, die einen Durchmesser von 32 Metern hat, können sich Besucher im Flüsterton unterhalten, wenn sie sich in der Nähe der Kuppelwand aufhalten. Die Kuppel der Kathedrale wirkt dabei wie ein akustischer Hohlspiegel, der die Schallwellen sammelt, reflektiert und schließlich die Entstehung sog. akustischer Oberflächenwellen entlang der Gewölbewand ermöglicht.

Einen ähnlichen Effekt gibt es auch bei Lichtwellen, wobei das „Flüstergwölbe“ hier sehr viel kleiner ist und aus einem optischen Material besteht, an dessen Flächen das Licht totalreflektiert wird. In diesen sog. Flüstergalerie-Resonatoren legt das Licht mehr als 100 Meter zurück bevor es den Resonator verlässt. Dabei werden manche Lichtwellen im Resonator exakt in sich zurückreflektiert und bilden dabei Zonen mit hoher Lichtintensität, sog. Moden aus.

Die Flüstergalerie-Resonatoren sind sehr einfach herzustellen und haben das Potenzial, die Basis für eine neue Generation von Laserstrahlquellen bereitzustellen. Wird der Flüstergalerie-Resonator aus einem speziellen Material hergestellt und in einen Laser eingebaut, so lässt sich damit prinzipiell Laserstrahlung erzeugen, deren Wellenlänge sich mehr oder weniger frei wählen und während des Betriebs verändern lässt. Damit könnten der Laserspektroskopie und damit der medizinischen Diagnostik, der Prozessmesstechnik und vielen anderen Bereichen völlig neue Anwendungsfelder eröffnet werden. Laserstrahlquellen auf der Basis der Flüstergalerie-Resonatoren wären nur wenige Zentimeter groß und ließen sich leicht in Instrumente und Maschinen integrieren.

Obwohl dieses Potenzial der Flüsterlicht-Resonatoren seit Jahren bekannt ist, konnten entsprechende Laserstrahlquellen bislang nicht hergestellt werden. Um Laserstrahlquellen mit den genannten Eigenschaften bauen zu können, müssen die Moden des Flüstergalerie-Resonators gesteuert werden, was bisher noch keiner Forschergruppe zufriedenstellend gelungen ist.

Das wissenschaftliche Vorprojekt FLÜSTERLICHT soll nun die Grundlagen dieser sog. Modenkontrolle in Flüstergalerie-Resonatoren bereitstellen und dieser Technologie damit den Weg in die Anwendung ebnen.

Wenn die Arbeiten erfolgreich verlaufen und die erhofften Ergebnisse liefern, ist dies die Grundlage für eine neue Generation von durchstimmbaren Laserstrahlquellen, deren mögliche Anwendungen heute nicht einmal im Ansatz bekannt sind.

Das Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Projekt FLÜSTERLICHT bis Ende April 2017 mit rund 350.000 Euro unterstützt. Die lange Form des Vorhabens lautet „Modenkontrolle in optisch-parametrischen Flüstergalerie-Resonatoren zur Ermöglichung günstiger, kompakter und durchstimmbarer Laserlichtquellen“.

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Forschungsprojekt FLÜSTERLICHT (PDF)

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