Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

 
 
 
 
 
 
 
 

Die Zähmung des Lichts

Die Zukunft liegt im Licht, davon ist Jan Wiersig überzeugt. Der Professor für Theoretische Physik weiß, dass Lichtteilchen und -wellen in den kommenden Jahren und Jahrzehnten für Technik, Industrie, Datenverarbeitung oder medizinische Diagnostik immer wichtiger werden. Doch trotz aller zukünftig möglichen technologischen Anwendungen – der Wissenschaftler sieht sich vor allem als Grundlagenforscher. Mit seiner Arbeit enthüllt er etwa, wie Lichtteilchen aufeinander und auf Materie wirken oder wie Licht effektiv transportiert wird.



27.11.2018 -  Die Forschung geht dabei heute hauptsächlich in eine Richtung: Die Dimensionen werden immer kleiner und sind inzwischen im Mikro- und Nanobereich angekommen. Für das menschliche Auge sind Strukturen dieser Größenordnung unsichtbar. Auch Jan Wiersig erforscht, wie sich das Licht in solch unvorstellbar kleinen Räumen bewegt und verhält. Im Zentrum seiner Arbeit stehen sogenannte Mikroresonatoren. Diese Systeme, die nur wenige Mikrometer breit und hoch sind, halten das Licht in ihrem Inneren wie in einem Käfig gefangen. Deren Herstellung ist eine Kunst für sich, der sich ganze Arbeitsgruppen widmen. Wiersig vergleicht das Prinzip mit der Flüstergalerie der St. Pauls- Kathedrale in London: Entlang der gewölbten Wände werden Schallwellen über große Strecken transportiert. Flüstert ein Besucher an einem Ende des Gewölbes, kann ihn ein anderer Besucher am gegenüberliegenden Ende immer noch gut verstehen. So ähnlich verhält es sich auch mit den elektromagnetischen Lichtwellen in einem Mikroresonator.

Physiker machen sich das Prinzip zunutze, um das Licht in Scheiben, Kugeln oder auch ringförmigen Schläuchen zu zähmen, es zu kontrollieren, zu messen und gezielt einzusetzen. Lichtwellen, die in dieses System hineingelangen, werden an dessen Wänden reflektiert. Und zwar zu nahezu 100 Prozent, denn die Physiker verwenden dafür Totalreflexion. So kann das Licht auf kleinstem Raum für lange Zeit gespeichert werden.

Seit etwa 30 Jahren stehen Mikroresonatoren im Fokus der Forschung. Das wissenschaftliche Interesse an diesen Lichtspeichern ist nach wie vor ungebrochen. „Für sehr viele Physiker aus den verschiedensten Bereichen ist dieses Forschungsfeld hochspannend“, erklärt Wiersig. Denn das Potenzial für mögliche Anwendungen ist enorm. Ob Mikrolaser für Displays, schnelle Datenübertragung ohne Hitzeerzeugung, Sensoren oder Filter – Wiersig fallen auf Anhieb jede Menge Themenfelder ein, in denen bisherige Technologien mit Licht revolutioniert werden könnten. „Nicht umsonst haben wir nach dem Jahrhundert des Elektrons jetzt das Jahrhundert des Photons, also des Lichtteilchens“, erklärt er.

In seiner Arbeitsgruppe untersucht der Physiker hauptsächlich mit Simulationen am Computer, welche Wege das Licht in einem Mikroresonator nimmt und wie es sich gezielt lenken lässt. Die dafür notwendigen Rechenprozesse sind mitunter sehr zeitaufwendig und erfordern enorme Rechenleistungen. Einige Fragen lassen sich aber auch „mit Papier und Bleistift lösen“, sagt Wiersig schmunzelnd.

Erst kürzlich errangen die Forscher um Jan Wiersig gemeinsam mit Kollegen aus Harvard und Peking einen wissenschaftlichen Durchbruch in der Mikroresonatorforschung. Ihnen gelang es, ein Problem zu lösen, das sie und andere Forschungsgruppen bereits seit Jahren umtreibt. Es geht um die Frage, wie sich Lichtwellen in einem Mikroresonator gezielter ein- und ausspeisen lassen, um sie dann nutzbringend einsetzen zu können. Vor allem die Geschwindigkeit der Lichtteilchen spielt dabei eine entscheidende Rolle.

Denn sie entscheidet darüber, ob Lichtteilchen aus hauchdünnen Glasfasern, die parallel zum Mikroresonator angeordnet sind, in den Resonator eingespeist und wieder herausgeleitet werden können. Nur wenn die Lichtpartikel beider Systeme dieselben Eigenschaften besitzen, ist dies möglich.

Hier finden Sie den kompletten Artikel aus dem Forschungsmagazin Guericke 18.
Letzte Änderung: 27.11.2018 - Ansprechpartner: Falco Plümecke
 
 
 
 
FNW Guericke 18 titel

'Die Zähmung des Lichts
ein Artikel aus dem Forschungsmagazin Guericke 18