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Der Multischichtfilter sorgt für noch
leistungsstärkere Laser; © SXC

Durch seine neuartige Architektur eröffnet der Filter die Chance, leistungsfähigere Messgeräte, beispielsweise für medizinische Analysen, und robuste, leistungsstarke Laser für spezielle Aufgaben zu bauen. Solche Geräte sind bis zu zehn Mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haars.

Während bisherige Filter aus zwei Spiegeln mit vielen optisch gleichdicken Schichten bestehen, stapeln die Kasseler Forscher für ihren optischen Filter viele dünne Schichten aus Siliziumoxid und Zirkoniumoxid, die alle eine geringfügig unterschiedliche Dicke haben, in einem einzigen, zylinderförmigen Block übereinander.

„Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung der Lichtenergie innerhalb des Filters. Das ist besonders wichtig, wenn man diese Filter-Architektur als Laser einsetzt“, sagt Thomas Kusserow, Gruppenleiter für Nanophotonik am INA. Hierfür wird in den Schichtstapel ein Hohlraum geätzt, in den ein Lasermaterial gefüllt wird. Einem Laser wird Energie zugeführt, um das Licht in einem genau definierten Wellenbereich zu verstärken.

Wenn die Energiezufuhr steigt, könne es bei der herkömmlichen Bauweise passieren, "dass der Laser flackert", so Kusserow. Das bedeutet, dass der Laser zwischen verschiedenen Wellenlängen hin- und herspringt und damit unzuverlässig arbeitet. Aber auch für passive Filter ohne Hohlraum bietet die neue Ausführung Vorteile, da ein solcher Filter erst bei höheren Energien zerstört wird als herkömmliche Filter und neue Parameter für das Filterdesign eröffnet.

Das Fernziel der Forscher ist, mithilfe der neuen Filterarchitektur "maßgeschneiderte" Laser mit hoher Energieleistung für ganz spezielle Aufgaben zu bauen. Mit Energie "aufgetankt" würde dieser Laser im Hohlraum des zylinderförmigen optischen Filters. „Dieser Hohlraum erlaubt eine zehn- bis 20-mal höhere Energiezufuhr für den Laser als bei herkömmlichen Geräten“, so Kusserow.

Auch in der Medizintechnik kann sich Kusserow einen Einsatz der Neuentwicklung vorstellen. So werden heute schon im INA spektroskopische Geräte mit ähnlichen Bauelementen verwendet, um anhand von Untersuchungen der Atemluft den Gesundheitszustand des Patienten zu überwachen.

MEDICA.de; Quelle: Universität Kassel, Institut für Nanostrukturtechnologie und Analytik (INA)