Aus Licht wird Laser
Bill James leitet als Vice President of R&D die Forschung und Entwicklung von SCHOTT in Nordamerika vom Standort Duryea, Pennsylvania. Sein Lieblingsmaterial: Laserglas. Was es kann und wo es eingesetzt wird? Wir haben ihn gefragt!
Was ist Laserglas und wie funktioniert es?
Laserglas ist ein aktives Festkörpermaterial, das Licht durch die Erzeugung von Strahlungsemissionen verstärkt. Das Glas wird zunächst mit einer Energiequelle gepumpt, beispielsweise mit Licht aus einer Blitzlampe oder einer Diode. Diese Energie wird dann im Glas absorbiert und gespeichert. Sobald der Laserimpuls das Glas durchquert hat, wird die gespeicherte Energie durch den Prozess der stimulierten Emission extrahiert, was zu einem intensiveren Laserstrahl führt.
Das klingt hochkomplex. Was fasziniert Sie so an Laserglas?
Schon in meiner Studienzeit an der University of Scranton und der Purdue University waren Laser mein liebstes Werkzeug, um die Welt um mich herum zu untersuchen. Das ist bis heute so geblieben. Laser helfen zu verstehen, wie Licht mit Molekülen und Materialien in Wechselwirkung steht. Bei der richtigen Wellenlänge und unter den richtigen Bedingungen kann ein Laser in Wechselwirkung mit einem Protein oder Peptid beispielsweise die Form verändern und so die Entfaltung von Proteinen im menschlichen Körper nachahmen. Hier in Duryea entwickeln wir gemeinsam mit unseren Kolleginnen und Kollegen in Deutschland Lasergläser, die in einigen der spannendsten Anwendungen zum Einsatz kommt. Insbesondere unser aktuelles Projekt wird voraussichtlich einen erheblichen Einfluss auf das Verständnis von Fusionsreaktionen haben, die zu einer nachhaltigeren Energieproduktion in der Zukunft führen können.
Wofür werden Lasergläser heute eingesetzt?
Es gibt eine Reihe von Märkten, für die Laserglas eine hohe Relevanz hat. Medizinische Behandlungen zum Beispiel. In der Dermatologie verwenden medizinische Geräte Laserglas, um Narbengewebe, Haare oder Tattoos zu entfernen. Im Bereich der Mobilität ermöglicht Laserglas autonomes Fahren, indem es den Lichtimpuls für die Entfernungsmessung liefert. Darüber hinaus wird Laserglas in fortschrittlichen Messsystemen eingesetzt, um die Wissenschaft über ihre Grenzen hinaus voranzutreiben. SCHOTT Laserglas spielt darüber hinaus eine wichtige Rolle in der heutigen Fusionsenergieforschung. In großen Fusionsforschungsanlagen wie der National Ignition Facility am Lawrence Livermore National Lab konnten dank unseres Laserglases bisher einige der vielversprechendsten Ergebnisse erzielt werden.
Gibt es verschiedene Arten von Laserglas?
Ja, in der Tat. Aufgrund der Tatsache, dass den Materialentwicklern eine Vielzahl von Trägermatrizen, Laserionen und Laserionenkonzentrationen – oder Dotierungsniveaus, um den Fachjargon zu verwenden – zur Verfügung stehen, gibt es eine ganze Reihe verschiedener Arten von Laserglas. Basierend auf jahrzehntelanger Entwicklung und Erfahrung nutzen die Forscher bei SCHOTT spezifische Kombinationen von Trägermatrix, Laserionen und Dotierungsgrad, um einzigartige Materialien zu schaffen, die Laserlicht bei verschiedenen diskreten Wellenlängen erzeugen und spezifische Eigenschaften aufweisen. Ein Entwicklungsprogramm führte beispielsweise zu einer Produktlinie augensicherer Lasergläser für Laserentfernungsmesser, während ein anderes zu einem tiefen Verständnis der thermomechanischen Eigenschaften verschiedener Kombinationen von Trägermatrix, Laserionen und Dotierungsgrad für Lasersysteme mit hoher Wiederholrate führte.
Wie erweitert Laserglas physikalische Grenzen auf der Erde?
Zum Beispiel kann die Wechselwirkung von hochintensiver Laserstrahlung aus glasbasierten Systemen mit Materie in einer kontrollierten Laborumgebung auf der Erde extreme Energie erzeugen. Diese Wechselwirkung von Laserlicht und Materie kann sogar Temperaturen und Drücke imitieren, die denen im Inneren der Sonne ähneln, was zur Freisetzung erheblicher Energiemengen führt. Die Nutzung dieser Energie birgt natürlich ein enormes Potenzial als grüne Energiealternative zu fossilen Brennstoffen. Darüber hinaus wecken die Nebenprodukte dieser Wechselwirkung, wie Röntgenstrahlen, geladene Teilchen unter nahezu relativistischen Bedingungen und hohe Neutronenzahlen das Interesse an neuen Anwendungen. Ein Beispiel ist die direkte Abbildung von Biomolekülen durch Neutronenradiographie. Ein anderes Beispiel ist das Potenzial für kompakte Generatoren für radioaktive Isotope, die in einzelnen medizinischen Einrichtungen untergebracht werden können. In jedem Fall bin ich sicher, dass Laserglas noch lange Zeit eine bahnbrechende Technologie für die Forschung und viele industrielle Anwendungen sein wird.