Die Kontrolle von Plasmen durch Laser revolutionieren

Mit Lasern erzeugte Plasmen werden oft genutzt, um Wellen in schwer zugänglichen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums zu erzeugen. Dafür sind komplexe und energieintensive Laserquellen nötig. Prof. Dr. Clara Saraceno, Professorin für Photonik und Ultrakurzpulslaser an der Ruhr-Universität Bochum, will neue Wege gehen: In ihrem Projekt EXPLORE entwickelt sie Ultrakurzpulslaser, die die Plasmaeigenschaften so anpassen, dass mit kompakten Laserquellen Licht von bisher unerreichter Leistung energiesparend erzeugt werden kann. Sie wird vom Europäischen Forschungsrat ERC mit einem Consolidator Grant für fünf Jahre gefördert. Der Grant ist mit 2,2 Millionen Euro dotiert.

Optische Materialien spielen eine entscheidende Rolle in Wissenschaft und Technik. Sie ermöglichen es Forschenden auf der ganzen Welt, Licht nach Belieben zu manipulieren und das gesamte elektromagnetische Spektrum von Röntgenstrahlen bis zu Terahertzwellen (THz) zu erreichen. Als optische Materialien werden in großem Umfang Plasmen verwendet. Plasmen sind energetisch angeregte Gase. Der Zugriff auf ihre nichtlineare Reaktion erfordert allerdings eine sehr hohe Eingangslichtintensität, weshalb normalerweise sehr komplexe Lasersysteme mit hoher Energie benötigt werden.

EXPLORE schlägt einen neuen Weg vor, um die chemische Zusammensetzung des Plasmas zu verändern. Das soll mithilfe von kurzen Lichtimpulsen niedriger Energie in sehr kurzen Zeitabständen gelingen. „Das wird zu neuen, verbesserten und neu konfigurierbaren optischen Eigenschaften des Plasmas führen“, sagt Clara Saraceno. „Im Rahmen von EXPLORE wollen wir diese verbesserten Plasmen nutzen, um Terahertzstrahlung zu erzeugen und nachzuweisen, und zwar mit einer Leistung, die derzeit unmöglich zu erreichen ist, und mit sehr kompakten Laserquellen.“

Ein neues Forschungsgebiet erschließen

Das würde nicht nur die Lichterzeugung und die nichtlineare Optik revolutionieren, sondern auch enorme Auswirkungen auf viele weitere Bereiche haben, in denen atmosphärische Plasmen zum Einsatz kommen, zum Beispiel in der Katalyse und der Atmosphärenforschung.

„Der ERC Consolidator Grant wird es mir ermöglichen, ein neues Forschungsgebiet zu erschließen, das Plasma-, Material-, Chemie- und Laserforschung miteinander verbindet“, so Clara Saraceno. „Gleichzeitig gibt er uns die nötige Freiheit, diese riskante Idee mit modernsten Instrumenten zu erforschen, die wir zur Lösung dieses komplexen Problems benötigen.“

Zur Person

Clara Saraceno wurde 1983 in Argentinien geboren. Sie absolvierte ein duales Studium in Frankreich und wurde 2012 an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich in Physik promoviert. Nach der Promotion arbeitete sie als Postdoc an der ETH Zürich und der Universität von Neuchâtel in der Schweiz. 2015 wurde sie mit dem Sofja-Kovalevskaja-Preis der Alexander-von-Humboldt-Stiftung ausgezeichnet. Im Jahr 2018 erhielt sie einen ERC Starting Grant für ihre Forschung zu ultraschnellen Hochleistungsquellen. Seit 2020 ist sie ordentliche Professorin in der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik. Sie ist Mitglied des Exzellenzclusters RESOLV. Außerdem gehört sie zu den Principal Investigators im Sonderforschungsbereich/Transregio 196 „MARIE“.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Clara Saraceno
Photonics and Ultrafast Laser Science
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 23027
E-Mail: clara.saraceno@ruhr-uni-bochum.de

http://www.ruhr-uni-bochum.de/