Femtosekunden Laser

Was ist ?

Femtosekundenlaser sind Ultrakurzzeitlaser, die hochintensive Lichtpulse, deren Dauer im Femtosekunden-Bereich liegt, aussenden. Licht legt innerhalb einer Femtosekunde (1fs = 10 − 15s) eine Strecke zurück, die etwa hundertmal kleiner ist als der Durchmesser eines menschlichen Haares (<1µm). Diese Pulslängen können nur über nichtlineare Effekte wie dem Kerr Effekt erreicht werden.
Femtosekunden-Laser komprimieren die Energie im Gegenatz zu gütegeschalteten Picosekundenlasern über Modenverkopplung in einen extrem kurzen Zeitbereich und haben deshalb gegenüber Dauerstrich-Lasern wesentlich höhere Spitzenleistungen (über den Megawattbereich hinaus).

Lasertypen

Weit verbreitet ist der Kerrlinsen modengekoppelte Titan-Saphir-Laser, der mit seiner breiten Verstärkungsregion von ca. 200 nm bei einer zentralen Wellenlänge von ca. 800 nm arbeitet und gegenüber thermischer Belastung und dem Ausbilden einer thermischen Linse sehr unempfindlich ist.

Anwendungen

Femtosekundenlaser bilden ein Grundelement für große Bereiche der Photonik und der nichtlinearen Optik. Durch den möglich gewordenen Zugriff auf die elektromagnetische Phase sind noch kürzere Lichtimpulse im Röntgenbereich, bei wenigen Attosekunden Pulslänge erreichbar. Aufbauend auf diese Technologie werden Attosekundenlaser und sogenannten "tabletop" (engl. Schreibtisch) Röntgenlaser entwickelt.

Die Anwendung beider Pulstypen in einem Pump-Probe Experiment erlaubt die Beobachtung ultraschneller elektronischer Veränderungen innerhalb angeregter Atome.
Weitere Anwendungen liegen in der Messtechnik. Durch die kurzen Impulsdauern können sehr kurze Ereignisse untersucht werden, welche etwa in der Photochemie von Relevanz sind, siehe auch Ultrakurzzeit-Spektroskopie. Das breite, rauscharme Spektrum mit extrem hoher Stabilität wird auch zur Metrologie, also der hochpräzisen Zeitmessung über den durch die Moden zerteilten Frequenzkamm, sowie bei optischen Abbildungs- und Meßverfahren wie der Multiphotonenmikroskopie und der optischen Kohärenztomografie eingesetzt.

In der Medizin findet der Femtosekundenlaser Anwendung u.a. in der Zahnmedizin, der Augenheilkunde oder der Krebstherapie.

Die Vorteile sind hier:
• hohe Spitzenintensitäten
• geringe Wärmeübertragung auf das Substrat
• Breitbandiges Spektrum

Weitere Einsatzmöglichkeiten von Femtosekundenlasern:
• die Steuerung bzw. Erforschung von chemischen Reaktionen, beispielsweise der Zerfall bestimmter Moleküle bei der Herstellung von Medikamenten
• optische Abtastverfahren beispielsweise für Oberflächen
• die exakte und rückstandsfreie Abtragung kleinster Materialmengen ohne nennenswerte Wärmeübertragung (Prinzip des Präzisionsskalpells). Das Material wird vom Femtosekunden-Laser direkt in Plasma umgewandelt, welches kaum thermisch mit dem Trägermaterial wechselwirkt.