Ultrakurze Laserpulse revolutionieren die Materialbearbeitung durch ihre Fähigkeit, Energie in extrem kurzen Zeitspannen präzise abzugeben. Diese innovative Technologie ermöglicht eine beispiellose Genauigkeit bei der Bearbeitung verschiedenster Materialien, von Metallen bis hin zu biologischen Geweben, und eröffnet neue Möglichkeiten in Bereichen wie Mikroelektronik, Medizin und Quantenforschung.
Diese Pulse, die in Femtosekunden gemessen werden, haben bemerkenswerte Spitzenleistungen von 100 Megawatt und Durchschnittsleistungen von 550 Watt erreicht. Um dies in die richtige Perspektive zu rücken: Die Pulsdauer ist so kurz, dass sie nur einem Bruchteil der Zeit entspricht, die Licht benötigt, um einen Millimeter zurückzulegen.
Materialbearbeitung
Ultrakurze Laserpulse ermöglichen die präzise Bearbeitung von Materialien ohne thermische Schädigung. Diese Technik wird bei der Herstellung von mikrofluidischen Geräten, Mikronadeln für die Medikamentenabgabe und hochpräzisen Mikrooptiken eingesetzt [1]. Durch den Einsatz ultrakurzer Pulse werden thermisch beeinflusste Zonen minimiert, was zu hochwertigen, präzisen Mikrostrukturen auf verschiedenen Materialien wie Metallen, Polymeren und biologischem Gewebe führt.
Durch die extrem kurze Pulsdauer (im Bereich von Pikosekunden oder Femtosekunden) wird die Energie so schnell abgegeben, dass das Material keine Zeit hat, thermisch zu reagieren. Dies führt zu einer “kalten” Ablation, bei der das Material direkt vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht, ohne dass ein flüssiger Zustand entsteht.
Dies ermöglicht hohe Pulspeakleistungen, die sogar die härtesten Materialien wie Keramik, Glas oder Diamant bearbeiten können, ohne dass diese thermisch geschädigt werden.
Medizinische Anwendungen
In der Medizin werden ultrakurze Laserpulse für präzise chirurgische Eingriffe eingesetzt. Sie ermöglichen das Schneiden von Knochenmasse, ohne das umliegende Nervengewebe zu schädigen. Ein Beispiel ist die Wirbelsäulenchirurgie, bei der die extreme Präzision der Laserpulse entscheidend ist [2].
Quanteninformation
Die Kohärenz und hohe Intensität ultrakurzer Laserpulse machen sie zu vielversprechenden Kandidaten für die Quanteninformationsverarbeitung und sichere Kommunikationsprotokolle. Diese Pulse können Quantenzustände manipulieren und Verschränkung ermöglichen, was ein großes Potenzial für Fortschritte in der Quantencomputing-, Quantenkryptographie- und Quantennetzwerk-Forschung bietet [1].
Zukunftsperspektiven
Die Forschung auf diesem Gebiet ist dynamisch und entwickelt sich ständig weiter. Aktuelle Projekte wie das FASTER-Projekt der Heriot-Watt University zielen darauf ab, Laserpulse zu entwickeln, die ähnlich kurz sind wie herkömmliche Attosekundenquellen, aber bei ultravioletten und sichtbaren Wellenlängen liegen, die der Sonnenstrahlung entsprechen [3]. Diese Entwicklung ermöglicht es den Wissenschaftlern, natürliche Prozesse wie die Lichtabsorption bei der Photosynthese im Attosekundenbereich zu beobachten.
Insgesamt eröffnen die neuen Ultrakurzpulslaser eine breite Palette von Anwendungen und Forschungsmöglichkeiten von der Materialbearbeitung bis zur Quanteninformation. Ihre Fähigkeit, immense Energie in extrem kurzen Zeiträumen zu liefern, revolutioniert verschiedene Disziplinen und öffnet Türen für zukünftige Entdeckungen.
Quellen:
[1] https://www.azooptics.com/Article.aspx?ArticleID=2586
[2] https://www.laserfocusworld.com/lasers-sources/article/16548499/ultrafast-lasers-find-industrial-and-medical-uses
[3] https://www.photonics.com/Articles/Very_Fast_Light_Source_Will_Capture_Natural/a70310
[4] https://www.sciencedaily.com/releases/2024/06/240626152044.htm
