Montag, 05 Juni 2023 11:19

„Geisterspiegel“ für Hochleistungslaser

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Simulationsergebnisse aus der ursprünglichen Publikation von 2016 zur Reflektion von Laserlicht am Plasmagitter (Grafik: HHU / Götz Lehmann)

Um Laserlicht zu lenken, braucht es nicht unbedingt materielle Spiegel. Ein Forschungsteam unter britischer Leitung und mit Beteiligung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat ein grundlegend neues Konzept experimentell verifiziert: die Lichtreflektion an regelmäßigen Plasmastrukturen. Diese Methode kann insbesondere für kompakte Hochleistungslaser wichtig werden. Der „Geisterspiegel“, kommt ohne klassisch-spiegelnde Festkörperoberflächen aus. In Plasmen werden kurzzeitig Strukturen induziert, die ebenfalls Licht reflektieren oder anderweitig manipulieren können.

Das Forschungsteam realisierte mithilfe gegenläufiger Laserstrahlen einen geschichteten Plasmaspiegel. Die Laserstrahlen erzeugen dazu im Plasma eine Schwebungswelle, die wiederum die Elektronen und Ionen im Plasma in die regelmäßige Gitterstruktur treibt, ein sehr robuster Spiegel mit hohem Reflexionsvermögen entsteht. Er ist aber sehr flüchtig und existiert nur für einige wenige hundert Pikosekunden. Dies reicht aber aus, um die ungleich kürzeren Hochleistungslaserpulse, die eine Länge im Femtosekundenbereich haben, zu reflektieren. Die Plasmen halten Intensitäten von bis zu 1018 Watt pro Quadratzentimeter stand, was die Zerstörungsschwelle von konventionellen optischen Komponenten um vier bis fünf Größenordnungen übersteigt. Dadurch kann die Größe optischer Elemente um zwei oder drei Größenordnungen reduziert werden, so dass Optiken – die sonst die Größe von einem Meter haben – auf Millimeter oder Zentimeter schrumpfen könnten.