Erleuchtet: Der Siegeszug des Lasers

Kaum zu glauben: Als vor 50 Jahren der erste Laser gebaut wurde, wusste fast niemand etwas mit dem Gerät anzufangen. „Es war vor allem der experimentelle Nachweis von Ideen, die Einstein bereits in den 1910er-Jahren formuliert hatte“, sagt Thomas Elsässer. „Nun fragte man sich: Was machen wir überhaupt damit?“ Elsässer, Direktor am Berliner Max-BornInstitut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie, hätte seinen Kollegen viele Antworten geben können, aber Zeitreisen gibt es noch nicht. CD-Spieler, Filme auf Blue-ray-Disc, Medizintechnik, Drucken, Schneiden, Schweißen verschiedenster Materialien oder präzise Messtechnik sind heute ohne Laser undenkbar.

Welche Anwendungen künftig hinzukommen, ist Thema der „Laser Optics Berlin“, die von heute bis Mittwoch stattfindet. Dazu gehört eine Fachmesse sowie ein Kongress, den Elsässer leitet. Höhepunkt ist die Festveranstaltung zum 50-jährigen Jubiläum des Lasers, bei dem auch zwei Pioniere der Technik sprechen werden. Wolfgang Kaiser, der bei den AT&T Bell Laboratories an einem der ersten Laser mitgearbeitet hat, sowie Jérôme Faist, der ebenfalls in den Bell Labs an Halbleiterlasern gearbeitet hat und jetzt an der ETH Zürich forscht.

Der wesentliche Unterschied eines Laserstrahls zu einem Bündel gewöhnlichen Lichts besteht darin, dass nur Wellen mit einer ganz bestimmten Frequenz und damit Farbe ausgesendet werden. Die einzelnen Wellen sind sich in ihren Eigenschaften sehr ähnlich und erscheinen als extrem gleichförmiges Licht.

Diese Eigenschaften nutzt man zum Beispiel in der Projektionstechnik. Dabei schicken drei verschiedenfarbige Laser ihre Strahlen zu einer Wand und mischen sie dort zu einem bunten Bild. Auf großen Flächen, zum Beispiel in den Kuppeln von Planetarien, wird das schon länger gemacht. Nun soll die Technik auch in die Wohnzimmer kommen: entweder als Projektor für die Wand oder hinter einem Bildschirm als Laser-TV.

„Im Vergleich zu herkömmlichen Techniken wie Plasma- oder LED-Displays erreicht man mit Lasern schärfere Bilder mit mehr Farbtiefe und verbraucht trotzdem weniger Strom“, sagt Katrin Paschke vom Berliner Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH). Sie und ihr Team haben einen Prototyp für ein handliches Lasersystem entwickelt, das auch für Projektoren genutzt werden kann.

Herzstück des Apparats ist ein Kristall, der aufgrund seiner Struktur die Frequenz von eintreffenden Laserstrahlen exakt verdoppelt. Damit gelingt es zum Beispiel, infrarotes Laserlicht in sichtbares grünes Licht umzuwandeln. Der Umweg über die Frequenzverdopplung lohnt sich, denn für die „Quellstrahlung“ werden Halbleiterlaser genutzt, die gerade im Infrarotbereich sehr effektiv sind, mehr als 10 000 Stunden durchhalten und sehr klein sind. „Etwa so groß wie ein Sandkorn“, sagt Paschke. Trotzdem nahm das gesamte Lasersystem im Labor zunächst einen ganzen Tisch ein. Unter anderem deshalb, weil die Linsen perfekt ausgerichtet werden müssen und die Temperierung stimmen muss. Während der Laser bei Zimmertemperatur arbeitet, benötigt der Kristall, der zur Frequenzverdopplung dient, genau 50 Grad Celsius. Bereits eine Abweichung um 0,1 Grad würde zu einem Leistungsverlust von 50 Prozent führen.

Dem FBH-Team ist es gelungen, die Anordnung auf die Größe einer Streichholzschachtel zu schrumpfen. Paschke hofft, dass die Entwicklung bald in der Praxis eingesetzt wird, beispielsweise für Flugsimulatoren, in denen die Grenzen zur Realität kaum noch zu spüren sind.

„In Zukunft wird es mehr Laserprojektionen geben“, ist sie sich sicher. „Vielleicht gibt es eines Tages statt Laserfernsehen sogar Holografie im Wohnzimmer, das wäre dann echtes 3-D-Vergnügen.“

Auch in anderen Gebieten setzt sich die Technik zunehmend durch. Sei es bei der genauen Entfernungsmessung, die Satelliten bei der Navigation hilft oder für bessere Übertragungsleistung in Datennetzen. „Bilder einer Operation, die in Echtzeit und hoher Auflösung an jeden beliebigen Ort gebracht werden können, wären mit rein elektronischen Übertragungsverfahren nicht machbar“, sagt Elsässer. Eine weitere Anwendung sind Gewebeanalysen mit Hilfe von Licht, die „optische Tomographie“. Dabei wird ein kurzer Laserpuls in das Gewebe geschickt und das rückgestreute Licht analysiert. „Damit könnte man verborgene Tumoren finden oder ein Tiefenprofil der Netzhaut im Auge erstellen“, sagt der Physiker.

Um zu berechnen, in welcher Gewebeschicht die Lichtstrahlen gestreut werden, wird deren Laufzeit gemessen. Das funktioniert aber nur, wenn die Laserpulse extrem kurz sind, andernfalls ist die Tiefeninformation ungenügend. Genau das ist einer der Forschungsschwerpunkte an Elsässers Institut. Sein Team hat einen Halbleiterlaser entwickelt, der Blitze mit einer Dauer von weniger als 200 Femtosekunden aussendet. In Sekunden umgerechnet ist das eine Zahl, die nach dem Komma zwölf Nullen hat, bevor die Zwei kommt. „Für das System ist das Weltrekord“, sagt Elsässer. Ralf Nestler

Studenten können die Festvorträge zum 50. Jubiläum des Lasers (Dienstag von 9 bis 13 Uhr auf dem Messegelände) kostenfrei besuchen. Anmeldungen unter

baysal@messe-berlin.de