Polariton-Laser – Neue Lichtquelle für Infrarot

Würzburg - In einem Würzburger Physiklabor sendete ein neuer Lasertyp erstmals infrarotes Licht aus. Im Gegensatz zu konventionellen Lasern nutzten die Forscher keine Lichtteilchen aus angeregten Zuständen, sondern die stimulierte Streuung von sogenannten Quasiteilchen. Diese Polaritonen entstanden durch eine starke Kopplung von Photonen mit angeregten Zuständen in einem Festkörper, den Exzitonen. Vereinfacht beschrieben bestehen diese Polaritonen zu einem Teil aus Licht und zum anderen Teil aus Materie. Laut dem Bericht in der Fachzeitschrift „Nature“ könnten diese Polariton-Laser mit deutlich weniger Energie betrieben werden als ihre konventionellen Vorgänger.

„Es ist uns gelungen, eine neuartige Form von Lasern elektrisch zu betreiben und damit einen großer Schritt in Richtung Anwendung zu gehen“, sagen Christian Schneider und Sven Höfling von der Universität Würzburg. In früheren Experimenten konnten Polaritonen bereits durch eine optische Anregung zur Lichtemission gebracht werden, für praktische Anwendungen ist ein rein elektrischer Betrieb jedoch viel einfacher zu handhaben.

Möglich wurde dieser Erfolg durch die geschickte Anordnung aus hauchdünnen Spiegelschichten aus Galliumarsenid und Aluminiumarsenid. Fünfzig dieser Schichten stapelte das international besetzte Team um Sven Höfling um einen sogenannten Quantentopf aus dem Verbindungshalbleiter Indiumgalliumarsenid. Diese mikroskopisch kleine Säule mit einem Durchmesser von nur 20 Millionstel Metern setzten die Forscher darauf einem starken Magnetfeld aus. Nun reichte eine elektrische Anregung aus, um die gewünschten Polaritonen zu erzeugen. Diese wurden darauf an den dünnen Spiegelschichten mehrfach reflektiert und gestreut. Abhängig von den experimentellen Bedingungen entstand eine kohärente gebündelte Lichtemission im Infrarotbereich bei etwa 1240 Nanometer Wellenlänge.

Auf der Basis dieses ersten elektrisch betriebenen Polariton-Lasers könnten nun in den folgenden Jahren effiziente Infrarot-Lichtquellen entstehen, die die eingesetzte Energie effizienter als konventionelle Laser nutzen könnten. Interessant wären diese Laser beispielsweise für die digitale Datenübertragung in Glasfasernetzen. Wie bei herkömmlichen Halbleiterlasern sind mit dieser Technik prinzipiell auch Laser für den sichtbaren Spektralbereich möglich.