Die Helligkeit des Lichts bleibt über das ganze Spektrum gleich
„Außerdem ist das Licht aus der PCF sehr hell, und zwar gleichbleibend über das ganze Spektrum“, so Russell. „Für Anwendungen ist das besonders wichtig.“ Denn in vielen Studien brauchen Wissenschaftler zwar Licht mit einer großen Farbpallette, sie scannen ihr Untersuchungsobjekt aber mit verschiedenen Wellenlängen durch. Zu diesem Zweck filtern sie nacheinander jeweils möglichst schmale Streifen aus dem Farbspektrum. Dabei büßt das Licht viel Helligkeit ein; damit es trotzdem noch intensiv genug ist, muss es ursprünglich also besonders hell sein.
Um das Licht zu erzeugen, das besonders weiß strahlt, weil es ausgesprochen bunt ist, reizte das Team von Russell die Möglichkeiten der photonischen Kristallfasern weit aus. Die hohlen Kanäle, die für photonische Kristalle charakteristisch sind, wirken zum einen wie Leitplanken für die Lichtwellen und führen das Licht so gut, dass wenig verloren geht. Zum anderen manipuliert der photonische Kristall in der Faser die elektromagnetische Strahlung. Dieses Wechselspiel von Licht und photonischem Kristall, können die Erlanger Forscher durch das Design der PCF meisterhaft steuern. „Das besonders breite Spektrum erhalten wir aus dem infraroten Puls, indem wir im Wesentlichen zwei Eigenschaften des Glases und der photonischen Kristalle ausnutzen“, erklärt Russell: „Zum einen ändert sich der Brechungsindex abhängig von der Intensität des Lichts. Zum anderen variiert die Geschwindigkeit der Lichtwellen mit ihrer Farbe.“
Ein fluoridhaltiges Glas macht die Faser beständig gegen UV-Licht
Mit ihrer Arbeit setzen die Erlanger Wissenschaftler aber nicht nur Maßstäbe bei der Manipulation von Licht, sondern auch in der Materialwissenschaft. Denn erstmals zogen sie eine photonische Kristallfaser aus einem Material namens ZBLAN, das aus fünf Fluoridsalzen besteht, statt aus Quarzglas. „Das galt bisher als unmöglich, weil man die Temperatur des Glases dafür konstanter halten muss, als es bisher möglich war“, sagt Xin Jiang, der die Fasern am Erlanger Max-Planck-Institut herstellte. Während sich PCF aus Quarzglas in einem Temperaturbereich von 300 Grad Celsius herstellen lassen, darf die Temperatur bei der Herstellung der Fasern aus ZBLAN nur um wenige Grad schwanken. „Wir haben es jetzt geschafft, die Temperatur des Glases so präzise einzustellen, dass wir daraus Fasern ziehen können.“
Auf das schwierige Material setzten die Wissenschaftler nicht ohne Grund. Quarzglas, das bislang als Material der Wahl für PCF galt, wird von UV-Licht schnell zerstört – eine Faser aus diesem Glas würde also nur für kurze Zeit helles Licht von infrarot bis ultraviolett spenden. „An der Faser aus ZBLAN haben wir dagegen keinerlei Schäden festgestellt, obwohl wir damit über mehrere Monate für einige Stunden täglich experimentiert haben“, sagt Jiang. Nun liegt es also nicht mehr an der Ausdauer der PCF, sondern nur noch an der Ausdauer der Forscher, dass sie all die Experimente machen können, die mit einer brillanten, weißen Lichtquelle möglich werden. PH
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