Forschungszentrum: Jülich hat jetzt den Super-Laser

Neues Laser-Labor am FZJ eingeweiht : Jülich hat jetzt den Super-Laser

„Wenn man einen Physiker ein Spielzeug gibt, dann denkt der schon bald über das nächstgrößere nach“, sagte am Donnerstag Prof. Markus Büscher vom Peter Grünberg-Institut (PGI) am Forschungszentrum Jülich (FZJ). Er musste grinsen, als er das sagte an dem Tag, an dem das gut acht Millionen teure Laserlabor vorgestellt wurde, ein ziemlich großes Spielzeug.

Ganz ernst gemeint hat Büscher seine Aussage mit dem Spielzeug nicht. Denn erstens sind die Forscher mehr als zufrieden mit dem neuen Labor, das ihnen neue Möglichkeiten der Materialforschung eröffnet. Und zweitens ist das neue Labor ein ziemlich großes Spielzeug – wenn man bei diesem etwas flapsig gewählten Begriff bleiben will –, auf das die Forscher rund zehn Jahre hingearbeitet haben. „Als der 40-Tonner mit den Bauteilen vorgefahren ist und wir auf die Ladefläche geschaut haben, da war die Vorfreude schon ziemlich groß“, beschrieb Prof. Claus Schneider, Leiter des Instituts Elektronische Eigenschaften. Drittens ist geplant, die zwei Hochleistungslaser namens JuSPARC in den kommenden Jahren auszubauen. Dafür ist die Anlage ausgelegt.

Forschungszentrum Jülich nimmt neuen Hochleistungslaser in Betrieb

Bessere Materialien für Datenspeicher zu finden ist ein wichtiges Aufgabenfeld für JuSPARC. Die Abkürzung steht für Jülich Short-Pulsed Particle and Radiation Center, also eine Anlage, die kurze Partikel- und Strahlen-Pulse erzeugen kann. Diese sogenannten Pulse sind 30 Femtosekunden lang, was dem 30 Millionstel einer Milliardstelsekunde entspricht. Jeder Laserpuls kann eine Leistung von bis zu 1,4 Billionen Watt erreichen. „Das ist schon ein ziemliches Monster“, sagt Büscher über den sogenannten Oszillator, der die Pulse erzeugt, die dann mit Hilfe von Titan-Saphir-Kristallen verstärkt werden. Pi mal Daumen entspricht das der Hälfte des weltweiten Stromverbrauchs. Wegen der unfassbar kurzen 30 Femtosekunden bleibt am Ende die Leistung einer 40-Watt-Glühbirne übrig. Zehn Millionen Pulse pro Sekunde kann die Anlage in der Theorie erzeugen.

Zudem kann JuSPARC die Laser-Pulse mit variabler Bandbreite erzeugen, was sich optisch in unterschiedlichen Farben niederschlägt. In Wellenlänge ausgedrückt bedeutet das ein Spektrum zwischen 250 und 2000 Nanometer und damit ein unterschiedliches Energieniveau.

Sie haben am Donnerstag den neuen Hochleistungslaser am Forschungszentrum vorgestellt: Markus Büscher (v.l.), Claus Schneider, Christian Greb und Roman Adan. Foto: Guido Jansen

Die Energie eines Lasers resultiert aus einem Photon, das auf ein Atom trifft und es so zu einem höheren Energieniveau anregt. Das Atom gibt die Energie spontan wieder ab. Trifft zuvor aber regelmäßig ein weiteres Photon auf das Atom, dann ist diese Emission nicht spontan. Dann geschieht das permanent und die Wissenschaftler sprechen von einer stimulierten Emission, die – sehr vereinfacht gesagt – einen Laser ausmacht.

Und genau das ist auf eine bisher nirgendwo anders verfügbare Weise hilfreich für den Materialtest. „Die Kombination aus den Möglichkeiten, die Bandbreite und die Frequenz der Pulse zu verändern, ist das Neue an unserem Laser“, erklärte Schneider. So können beispielsweise Materialien für digitale Speicher eingehender als bisher getestet werden. Sie werden mit den Pulsen unterschiedlich stark magnetisiert. Eine schwächere Magnetisierung steht für 0, eine stärke für 1. Und das mit bis zu zehn Millionen Pulsen pro Sekunde, die jeweils 30 Femtosekunden dauern. „Es geht dabei um die Frage, wie schnell ich die Speicher schalten kann von 0 auf 1“, erklärte Schneider.

Auch könnte der Laser dafür eingesetzt werden, um Prozesse in Katalysatoren, Solar- und Brennstoffzellen besser zu verstehen. Für später denken die Jülicher darüber nach, den Laser als kleinen Teilchenbeschleuniger einzusetzen. Derzeit sind die Forscher um Schneider und Büscher damit beschäftigt, erste Versuchsreihen mit JuSPARC zu fahren. Zudem sei angedacht, die Hochleistungslaser-Anlage auch für externe Forschungsprojekte zur Verfügung zu stellen.

Die Externen müssen sich dann zwar nicht warm, aber besonders hygienisch anziehen. JuSPARC steht in einem Reinraum. Und weil der Mensch das „staubigste Objekt ist, das wir kennen“, wie Schneider sagte, darf der Raum nur mit Ganzkörper-Anzug, Handschuhen, Haarnetz und Schutzbrille betreten werden.

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