Super-Laser schafft mehr als 50 Joule

Forscher der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben die Leistungsfähigkeit des leistungsstärksten, vollständig Dioden-gepumpten Lasersystems der Welt, POLARIS, noch einmal deutlich gesteigert. Erstmals wurde mit dem Laser eine Pulsenergie von über 50 Joule erzeugt, mehr als dreimal so viel wie bisher.

50 Joule – so viel Energie muss man aufwenden, um einen 500 Gramm schweren Gegenstand etwa zehn Meter anzuheben; um die Temperatur von einem Glas Wasser um ein Grad zu erhöhen, benötigt man jedoch bereits 17 Mal so viel Energie. Für einen Hochleistungslaser wie POLARIS klingen 50 Joule daher zunächst eher bescheiden. Nach Malte Kaluza vom Institut für Optik und Quantenelektronik der Universität Jena wird diese Energiemenge von ihrem Laser in einem winzigen Zeitfenster freigesetzt. Die Laserpulse haben eine Dauer von gerade einmal 120 Femtosekunden. In dieser unvorstellbar kurzen Zeitdauer - eine Femtosekunde ist der millionste Teil eines Milliardstels einer Sekunde - erreicht der Laser damit eine Spitzenleistung von mehreren hundert Terawatt. Das ist ein Vielfaches der elektrischen Leistung, die weltweit produziert wird.

Die Leistungssteigerung ist das Ergebnis einer monatelangen Entwicklung. Der wesentliche Aufbau des Lasers ist zwar unverändert, doch viele kleine Details konnten entscheidend verbessert werden. Ermöglicht wurden die jetzigen Ergebnisse auch durch eine jahrelange Kooperation mit der lokalen Optikindustrie - vor allem mit der Jenoptik AG, der Lastronics GmbH, der Hellma Materials GmbH und der Layertec GmbH - die einige Kernkomponenten des Lasers geliefert haben.

In dem letzten und größten Verstärker von POLARIS kommt jetzt zum Beispiel mit Ytterbium dotiertes Kalziumfluorid zum Einsatz. Auch die optischen Beschichtungen der vom Laser stark beanspruchten Materialien sind immer weiter optimiert worden. Alle kleinen Veränderungen zusammengenommen, ermöglichen jetzt eine wesentlich höhere Laserenergie. Der Laserphysiker Malte Kaluza deutet aber auch an, dass bei den gegenwärtig erreichten 54,16 Joule für ihn noch lange nicht Schluss ist.

Als nächsten Entwicklungsschritt plant der Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik und Relativistische Laserphysik nun, die Pulsdauer von POLARIS noch weiter zu verkürzen. Bis auf 100 Femtosekunden wolle man diese minimieren. Dabei sei die stetige Steigerung der Laserleistung jedoch kein Selbstzweck. Kaluza geht es nicht um immer neue Rekorde. Ziel der Entwicklung ist es vielmehr, POLARIS für konkrete Anwendungen nutzbar zu machen. Vor allem als Teilchenbeschleuniger soll der Laser in Zukunft zum Einsatz kommen.

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