Mid-IR Frequenzkamm

Laser haben unser tägliches Leben verändert. Ihre Anwendungen reichen von der optischen Kommunikation über medizinische Verfahren bis hin zur Materialbearbeitung. Insbesondere Laser mit ultrakurzen Pulsdauern haben die nichtlineare Optik und die Mikromaterialbearbeitung revolutioniert und die Untersuchung physikalischer Prozesse im Attosekundenbereich ermöglicht. Darüber hinaus stellen frequenzstabilisierte Ultrakurzpulslaser, so genannte optische Frequenzkämme, eine direkte Verbindung zwischen optischen Frequenzen und Radiofrequenzen her, was sie zu idealen Werkzeugen für die optische Messtechnik und Spektroskopie macht.

Molekulare Spezies können durch Messung ihrer wellenlängenaufgelösten Absorption eindeutig identifiziert werden. Diese Messung liefert dann ein Absorptionsspektrum der Molekülart. Einer der Spektralbereiche mit den stärksten Absorptionsquerschnitten ist der mittlere IR-Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der von 2,5 µm bis 20 µm reicht. Das sichtbare Licht reicht von 0,4 µm bis 0,8 µm. Eine wichtige Gruppe von Gasen, die starke Absorptionsmerkmale im mittleren IR-Spektralbereich um 2,8 µm aufweisen, sind Treibhausgase (THG), insbesondere Distickstoffoxid, das nach Methan und Kohlendioxid zu den wichtigsten THG gehört. Distickstoffoxid, auch Lachgas genannt, wird vor allem durch den Einsatz von Düngemitteln in die Atmosphäre eingetragen.

Das MIRO-Projekt zielt auf die Erforschung und Entwicklung von ultraschnellen Frequenzkämmen im mittleren IR-Bereich ab. Der Laser wird bei 2,8 µm arbeiten und stabil genug für die Spektroskopie unter freiem Himmel sein, wie sie für den Nachweis von N₂O und anderen Treibhausgasen erforderlich ist. Eines der Hauptziele ist es, den Zugang zu stabilen Lichtquellen bei Wellenlängen nahe den Absorptionsmerkmalen für Distickstoffoxid zu erleichtern. Zu diesem Zweck arbeiten wir an einem neuartigen Laserkonzept, das die neu entwickelte, robustere Fasertechnologie im mittleren IR-Spektralbereich nutzt. Die inhärente Stabilität und Robustheit des entwickelten Lasers wird letztendlich die Dual-Comb-Spektroskopie von N₂O unter freiem Himmel außerhalb geschützter Laborumgebungen ermöglichen.

Oliver Heckl wird das Projekt an der Universität Wien leiten.