de.wedoany.com-Bericht: Forschern der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ist es gelungen, einen Ultrakurzpulslaser auf einem photonischen Chip zu integrieren, der ultrakurze Pulse mit einer Dauer von 147 Femtosekunden und einer Pulsenergie von 1,05 Nanojoule liefert – vergleichbar mit der Leistung eines Tisch-Femtosekundenlasers. Diese Entwicklung zielt darauf ab, die seit langem bestehenden Probleme von Ultrakurzpulslasern wie ihre Größe und hohen Kosten zu lösen. Die EPFL weist darauf hin, dass herkömmliche Ultrakurzpulslaser trotz über zwanzigjähriger Bemühungen meist nur auf sperrigen optischen Plattformsystemen eingesetzt werden können.
Das Team der EPFL unter der Leitung von Professor Tobias J. Kippenberg berichtete in einem am 3. Juni 2026 in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Artikel über den ersten integrierten Ultrakurzpulslaser, der die Leistung eines Tisch-Femtosekundenlasers erreicht. Professor Kippenberg erklärte, dass die Realisierung eines Femtosekundenlasers mit hoher Pulsenergie auf einem Chip seit über zwanzig Jahren als der „Heilige Gral" der integrierten Photonik galt. Ihre Ergebnisse zeigen nun, dass dies mit einer raffinierten Architektur erreicht werden kann, die von der integrierten Photonik-Community bisher übersehen wurde. Das Forschungsteam verwendete ein Laserkonzept, das als „Mamyshev-Oszillator" bekannt ist. Bei diesem Design wird ein nichtlinearer Wellenleiter zwischen zwei optischen Filtern in einem Resonator platziert, wobei jeder Filter nur einen anderen Teil des Spektrums passieren lässt. Wenn ein starker Puls den Wellenleiter durchläuft, wird er auf einen breiteren Farbbereich ausgedehnt, sodass ein Teil der Lichtenergie gleichzeitig beide Filter passieren und weiter zirkulieren kann. Schwaches Licht hingegen wird aufgrund unzureichender Verbreiterung herausgefiltert. Zheru Qiu, einer der Erstautoren der Studie, wies darauf hin, dass dieses Design keine Komponenten erfordert, die auf einem mit Erbium dotierten Siliziumnitrid-Chip schwer herzustellen sind.
Auf dem Chip kann der 42 Zentimeter lange Laserresonator in einen Raum von der Größe eines Streichholzkopfes gefaltet werden, was deutlich kleiner ist als faserbasierte Laser. Da diese photonischen Chips wie Computerchips auf Wafer-Ebene hergestellt werden können, lassen sich auf einmal über 1000 Laserresonatoren produzieren. Dies ebnet den Weg für kostengünstigere Ultrakurzpulslaser in den Bereichen Sensorik, Spektroskopie und Metrologie. Zheru Qiu erklärte, dass der Chip mit seiner Kilowatt-Spitzenleistung anspruchsvolle Anwendungen antreiben könne, die bisher auf große, teure Laborlaser angewiesen waren. Diese Entwicklung verspricht, tragbare und kostengünstige Werkzeuge für die Erkennung von Schadstoffen, die Aufdeckung verborgener Defekte und die medizinische Diagnostik voranzutreiben und den Weg für kompakte optische Atomuhren zu ebnen, die für zukünftige Kommunikations- und Navigationssysteme benötigt werden.
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