Ein Team der Stanford University hat laut einem Bericht in der Zeitschrift Nature vom 26. Juni einen Titan-Edelsteinlaser auf einem Chip hergestellt. Das Ergebnis ist sowohl in Bezug auf die Effizienz als auch auf die Kosten ein großer Fortschritt.
Titan-Saphir-Laser sind in vielen Bereichen unverzichtbar, beispielsweise in der Quantenoptik, Spektroskopie und Neurowissenschaft, werden in der Praxis jedoch nicht häufig eingesetzt. Dies liegt daran, dass solche Laser normalerweise groß und teuer sind und Hunderttausende von Dollar pro Stück kosten. Außerdem sind für ihren Betrieb andere Hochleistungsgeräte erforderlich (die für etwa 30.000 Dollar pro Stück erhältlich sind).
Um dieses Problem zu lösen, legten die Forscher zunächst eine dicke Schicht Titansaphir auf eine Siliziumdioxid-Plattform. Anschließend schleiften, ätzten und polierten sie den Titansaphir zu einer extrem dünnen Schicht von nur einigen hundert Nanometern Dicke. Anschließend erzeugten sie auf dieser dünnen Schicht einen Wirbel aus winzigen Graten. Diese Grate wirken wie Glasfaserkabel und leiten das Licht in einer Endlosschleife mit allmählich zunehmender Intensität. Dieses Muster wird als Wellenleiter bezeichnet. Im Vergleich zu anderen Titansaphir-Lasern ist dieser Prototyp vier Größenordnungen kleiner (d. h. ein Zehntausendstel des Originals) und drei Größenordnungen billiger (d. h. ein Tausendstel des Originals).
Der verbleibende Teil ist ein Mikroheizer, der das durch den Wellenleiter hindurchtretende Licht erhitzt. Dadurch können die Forscher die Wellenlänge des emittierten Lichts verändern und es auf einen Wellenlängenbereich zwischen 700 und 1.200 Nanometern einstellen, also von Rot bis Infrarot.
In der Quantenphysik könnte der neue Laser die Größe modernster Quantencomputer drastisch reduzieren. In der Neurowissenschaft könnte er in der Optogenetik Anwendung finden und Wissenschaftlern ermöglichen, Neuronen dadurch zu steuern, dass sie Licht durch relativ große Glasfasern ins Gehirn leiten. Und in der Augenheilkunde könnte er in Verbindung mit der Chirped-Pulse-Amplification neue Anwendungsmöglichkeiten in der Laserchirurgie eröffnen oder eine kostengünstigere, kompaktere optische Kohärenztomographie zur Beurteilung der Gesundheit der Netzhaut ermöglichen.
Dank ständig verbesserter Technologie können viele Labore derzeit einen ultrakleinen Laser auf einem einzigen Chip verwenden, anstatt eines großen und teuren Lasers. Kleinere Laser tragen tatsächlich zur Effizienzsteigerung bei – mathematisch gesehen ist die Intensität gleich Leistung geteilt durch Fläche. Wenn man also die gleiche Leistung wie bei einem großen Laser beibehält, aber die Fläche, auf die er sich konzentriert, reduziert, steigt die Intensität dramatisch an. Darüber hinaus können diese kleinen und leistungsstarken Laser schneller aus dem Labor ausgeliefert und für viele verschiedene wichtige Anwendungen eingesetzt werden.
