Klang des Lichts: Wie verdrehtes Licht stabile Schallwellen erzeugt

Werden Laserstrahlen in hohlen Kristallfasern auf eine schraubenförmige Achterbahn geschickt, erzeugen sie akustische Wellen: aus Lichtwellen werden Töne – die allerdings unhörbar für Menschen sind. Dabei wird ein Teil des Lichts zurückgeworfen und ändert schlagartig seine Drehrichtung. Diesen verblüffenden Effekt haben jetzt Forscher*innen des Erlanger Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts experimentell nachgewiesen. Das Phänomen eröffnet Wege zu neuen Anwendungen in der Quantenoptik, Sensorik und Navigation.

Die Wissenschaftler*innen haben spezielle photonische Kristallfasern hergestellt, die dünner als ein menschliches Haar sind und in deren Inneren sich zahlreiche winzige Hohlräume befinden, die umeinander verdreht sind – fast wie Spiralnudeln. In ihnen zeigen infrarote Laserstrahlen, die kreisförmig polarisiert sind und sich damit mit einer genau definierten Drehbewegung ausbreiten, ein ganz besonderes Verhalten: Ab einer bestimmten Lichtstärke beginnt der Kern der Fasern zu vibrieren. Diese akustischen Wellen schwingen stabil rund 10 Milliarden Mal pro Sekunde auf und ab. Derartige Effekte nennen Physiker*innen Brillouin-Streuung.

„Gleichzeitig wird ein Teil des Lichts in der Faser zurückgeworfen und kehrt auf einmal seine Drehbewegung um“, erklärt Xinglin Zeng, Postdoc in der unabhängigen Forschungsgruppe von Birgit Stiller am Institut. Er ist Erstautor der Veröffentlichung im Fachmagazin Photonics Research.

„Das Phänomen eröffnet ein völlig neues Forschungsfeld“, ergänzt Stiller, Leiterin der Gruppe Quanten-Optoakustik. Mit seiner Hilfe könnten künftig Laser-Gyroskope zur Lagebestimmung etwa eines Smartphones, optische Pinzetten oder quantenoptische Schaltungen entwickelt werden.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Birgit Stiller
birgit.stiller@mpl.mpg.de

Originalpublikation:

https://opg.optica.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-10-3-711&id=469852

http://www.mpl.mpg.de