Hohle Glasfasern UV-Licht zerstörungsfrei leiten

Forscher des Max-Planck-Instituts des Lichts und des QUEST-Instituts der PTB haben mit einer neuen Sorte von Glasfasern mit hohlem Kern experimentiert. Diese Fasern können UV-Laserlicht zerstörungsfrei und mit akzeptablen Verlusten leiten.

Um Licht in Glasfasern möglichst verlustfrei zu transportieren, verwendet man am besten Infrarot-Licht, so wie es etwa auch bei Telekommunikationsnetzwerken gemacht wird. Für manche Anwendungen, zum Beispiel für spektroskopische Untersuchungen an Ionen oder Atomen, benötigt man jedoch Licht im ultravioletten Spektralbereich. Durch dieses werden allerdings herkömmliche Glasfasern rasch zerstört.

Forscher vom Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL) in Erlangen und vom QUEST-Institut der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) haben nun eine neue Sorte von Glasfasern mit hohlem Kern erprobt, die UV-Laserlicht zerstörungsfrei und mit akzeptablen Verlusten leiten.

Bisherige Glasfasern besitzen einen festen Glaskern, der in einen Mantel aus einem optisch dünneren Material eingehüllt ist. In einer solchen Faser wird ein Lichtstrahl über Totalreflexion festgehalten und kann ohne wesentliche Verluste über große Strecken transportiert werden. Aber UV-Licht wird von den meisten für solche Fasern verwendeten Glassorten stark absorbiert und zerstört die Fasern innerhalb kurzer Zeit.

Bei Experimenten mit anderen Glasfasersorten am MPL hat sich gezeigt, dass eine bestimmte Bauart besonders gut für UV-Licht geeignet ist. Dabei handelt es sich um eine mikrostrukturierte photonische Kristallfaser mit einer so genannten Kagomé-Struktur, einem speziellen Muster aus regelmäßig angeordneten Drei- und Sechsecken und einem hohlen Kern mit 20 µm Durchmesser. Durch diesen Kern wird das Licht einmodig geleitet, das heißt mit einer räumlichen Intensitätsverteilung, die der Form einer Gauß’schen Glockenkurve ähnelt.

Die Frage, ob das Leiten des UV-Lichts tatsächlich einmodig und zerstörungsfrei geschieht, beantworteten die Messtechnik-Experten vom QUEST-Institut. Sie stellten bei einem UV-Strahl mit 280 nm Wellenlänge ein einmodiges Transmissionsverhalten fest und selbst nach mehr als 100 Stunden Betriebsdauer bei einer Leistung von 15 mW traten keine UV-induzierten Schäden auf.

Die Fasen bestanden außerdem bereits einen Anwendungstest erfolgreich. So setzten die QUEST-Wissenschaftler die Fasern für spektroskopische Untersuchungen an gefangenen Ionen ein. Der durch die neue Faser stabilisierte UV-Laserstrahl ermöglichte es, den internen Zustand der Ionen besser abzufragen. Der durch die neue Faser stabilisierte UV-Laserstrahl erlaubte eine bessere Abfrage des internen Zustands der Ionen.

Neben der Präzisionsspektroskopie an Atomen oder Ionen und dem Einsatz in optischen Atomuhren und Quantencomputern, könnten die neuen Lichtwellenleiter etwa für die Fluoreszenzmikroskopie in der Biologie, die Untersuchung von Prozessplasmen, Verbrennungsstudien an Ruß oder die Spektroskopie von Treibhausgasen interessant sein.

Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen haben die Forscher in der Zeitschrift Optics Express veröffentlicht.