Lichtquellen der nächsten Generation

Projekte

Laserlicht gibt es in vielen verschiedenen Wellenlängen. Für das menschliche Auge wirkt ein Laserstrahl einfarbig. Physikalisch ist es das zwar nicht exakt, aber doch begrenzt auf einen sehr engen Bereich im Wellenspektrum. Bereits mit dem ersten weißen Laserlicht, das den gesamten Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts umfasst, gelangen Theodor Hänsch und John L. Hall (Nobelpreis für Physik 2005) extrem genaue Zeit- und Frequenzmessungen. Breitbandlaserlicht, das gleichzeitig über bis zu 10 Oktaven (eine Oktave reicht von einer Frequenz bis zu ihrem doppelten Wert) läuft, eröffnet weitere aufregende Anwendungen, erfordert aber völlig neue Geräte − eine Technologie für sich. Die Frequenzkammtechnik der beiden Nobelpreisträger ermöglicht eine präzise Kontrolle des Lichts. Das ist entscheidend für die nächste Generation Laser, denn die Wissenschaftler wollen gepulstes Licht mit Attosekundengenauigkeit steuern.

Mit hochauflösenden Spektroskopiemethoden auf Laserbasis lassen sich nicht nur die kleinsten Bewegungen von Molekülen und Atomen erforschen, sondern auch theoretische Berechnungen experimentell nachweisen. Die Detektion von Bewegungen auf einer atomaren Größen- und Zeitskala ist die Grundvoraussetzung, um Vorgänge im Nanokosmos zu steuern (s. Forschungsbereich B).
Mediziner erhalten um Größenordnungen besser aufgelöste Bilder (s. Forschungsbereich D) aus dem Körper oder biologischen Vorgängen wie etwa der Zerstörung von Knorpeln durch Entzündungen (Arthrose). Damit wird es möglich, zielgerichtet neue Medikamente und Therapien zu entwickeln.
Materialwissenschaftlern erlaubt diese Kenntnis, neue Materialien mit mikro- oder nanometergenauen (10^-6 bis 10^-9 m) Präzision zu erzeugen.
Eine optische Atomuhr kann erstmals in der Geschichte der Menschheit die Länge einer Sekunde exakt bestimmen − Alter und Ausdehnung unseres Universums werden damit viel genauer bestimmt (s. Forschungsbereich B).

Major goals

Generation of useful photon fluxes from ir (→ 10 μm) and xuv (→ 50 nm) frequency combs for biological microscopy (C.3) and of non-classical light
precision xuv spectroscopy (B.2)
sythesis of uv/vis/nir and ir ultrawide-band light waves with fields adjustable on a sub-fs scale for controlling electronic and molecular dynamics (C.1, C.2) and of few-cycle waves up to petawatt power levels for high-field applications (A.2, B.1)