Strukturelle Unordnung vorhanden 11.11.2016, 12:59 Uhr

Erster Zufallslaser aus Zellstoffpapier

Erstmals haben Forscher einen Laser aus Zellstoffpapier gebaut. Wie sie auf die Idee gekommen sind und wofür ein solcher Laser gut ist? 

Zufallslaser werden durch einen Lichtstrahl von oben mit Energie versorgt. Zufällige Unregelmäßigkeiten im Inneren (gelbe Punkte) sorgen dafür, dass das Laserlicht in ganz unterschiedliche Richtungen ausgestrahlt wird.

Zufallslaser werden durch einen Lichtstrahl von oben mit Energie versorgt. Zufällige Unregelmäßigkeiten im Inneren (gelbe Punkte) sorgen dafür, dass das Laserlicht in ganz unterschiedliche Richtungen ausgestrahlt wird.

Foto: TU Wien

Zunächst bauten die Forscher der Technischen Universität München (TUM) und der Universität Rom ein Labyrinth für Licht aus Titandioxid. Was sich zunächst wie Spielerei anhört hat einen tieferen Sinn. Das eingesperrte Licht sucht einen Ausweg. Dabei stößt es immer wieder auf winzige Partikel aus Titandioxid, an denen es abgelenkt wird. Wundersamerweise wird das Licht dabei verstärkt und gleichgerichtet. Wenn es schließlich einen Ausgang findet ähneln die Strahlen denen eines Lasers. Ein solches Titandioxidteilchen emittiert beinahe rundum Laserlicht, im Gegensatz zu normalen Lasern. Die senden einen scharfen Strahl aus.

Wie Filtrationspapier zum Laser wird

Zufallslaser heißen diese Geräte, die schon vielfach gebaut wurden. Nötig ist dazu ein „definiertes Maß an struktureller Unordnung im Inneren des Titandioxidteilchens“, sagt Daniel Van Opdenbosch vom Lehrstuhl für Biogene Polymere der TUM am Wissenschaftszentrum Straubing. Während diese Unordnung von anderen Zufallslaser-Entwicklern künstlich hergestellt werden muss, riefen die Straubinger die Natur zu Hilfe.

Für ihren Zufallslaser verwendeten die Wissenschaftler gewöhnliches Labor-Filterpapier wegen seiner langen Fasern und stabilen Struktur.  

Für ihren Zufallslaser verwendeten die Wissenschaftler gewöhnliches Labor-Filterpapier wegen seiner langen Fasern und stabilen Struktur.  

Foto: Institute for Complex Systems/Rom

Die stellt die benötigten Strukturen in Form von Zellstofffasern her. Im speziellen Fall nutzten die Forscher Filterpapier, wie es in Laboren benutzt wird. „Wegen seiner langen Fasern und der daraus resultierenden stabilen Struktur erschien es uns als geeignet“, sagt Van Opdenbosch.

Nanoteilchen streuen Licht am Besten

Er hatte Recht. Das Zellstoffpapier saugte sich voll mit Tetraethylorthotitanat, einer metallorganischen Verbindung. Dann wurde es verbrannt. Übrig blieb Titandioxid, das die gleiche wirre Struktur wie die nun verschwundenen Zellstofffasern hatte – fertig war der Zufallslaser. Er besteht aus Nanopartikeln, also Teilchen, die eine Größenordnung von Millionstel Millimetern haben. Diese Teilchen sind Bestandteil vieler Sonnencremes, weil sie Licht stark streuen, es also daran hindern, die Haut zu verbrennen. Diese extreme Streufähigkeit liegt daran, dass die Größe der Titandioxid-Teilchen im Bereich der Wellenlänge des Lichts liegt.

„Solche Materialien können beispielsweise als Mikro-Schalter oder Detektoren für strukturelle Änderungen nützlich sein“, erklärt Van Opdenbosch. Da Zufallslaser gezielt Licht in unterschiedlichen Farben und, wie eine Glühbirne, in alle Richtungen abstrahlen, könnten sie als Leuchtmittel genutzt werden.

Laser Altimeter Bela: Das System besteht aus Infrarotlaser und Teleskop und wird ab 2024 mit höchster Genauigkeit eine 3D-Karte des Merkur erstellen.

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Foto: Ramon Lehmann/Universität Bern

Eine ganz andere Art von Laser haben Ingenieure der Universität Bern und aus Deutschland entwickelt. Er ist so genau, dass man damit die Alpen von Hamburg aus vermessen könnte. Seine Aufgabe: eine 3D-Karte des Merkur erstellen. 

 

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