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Femtosekundenlaser sind Laser, die hochintensive Lichtimpulse aussenden, deren Dauer im Femtosekunden-Bereich liegt. Das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitende Laserlicht legt innerhalb einer Femtosekunde lediglich eine Strecke von 0,3 µm zurück, diese Strecke ist etwa hundertmal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares.

Femtosekundenlaser komprimieren die Energie über Modenkopplung in einen extrem kurzen Zeitbereich, kürzer noch als bei gütegeschalteten Picosekundenlasern, und haben deshalb gegenüber Dauerstrich-Lasern wesentlich höhere Spitzenleistungen (über den Megawattbereich hinaus). Diese kurzen Impulsdauern können nur über nichtlineare Effekte, meist über den Kerr-Effekt, erreicht werden.

Lasertypen

Weit verbreitet ist der Kerrlinsen modengekoppelte Titan-Saphir-Laser, der mit seiner breiten Verstärkungsregion von ca. 200 nm bei einer zentralen Wellenlänge von ca. 800 nm arbeitet und gegenüber thermischer Belastung und dem Ausbilden einer thermischen Linse sehr unempfindlich ist.

Anwendungen

Femtosekundenlaser bilden ein Grundelement für große Bereiche der Photonik und der nichtlinearen Optik. Durch den möglich gewordenen Zugriff auf die elektromagnetische Phase sind noch kürzere Lichtimpulse im Röntgenbereich, bei Impulsdauern von wenigen Attosekunden erreichbar. Aufbauend auf diese Technologie werden Attosekundenlaser und sogenannten „tabletop“ (engl. für auf einen Tisch passend) Röntgenlaser entwickelt. Die Anwendung beider Pulstypen in einem Pump-Probe-Experiment erlaubt die Beobachtung ultraschneller elektronischer Veränderungen innerhalb angeregter Atome.

Weitere Anwendungen liegen in der Messtechnik. Durch die kurzen Impulsdauern können entsprechend kurze Ereignisse untersucht werden, welche etwa in der Photochemie von Relevanz sind, siehe auch Ultrakurzzeit-Spektroskopie. Das breite, rauscharme Spektrum mit extrem hoher Stabilität wird auch zur Metrologie, also der hochpräzisen Zeitmessung über den durch die Moden zerteilten Frequenzkamm, sowie bei optischen Abbildungs- und Messverfahren wie der Multiphotonenmikroskopie und der optischen Kohärenztomografie eingesetzt.

In der Medizin findet der Femtosekundenlaser Anwendung u.a. in der Zahnmedizin, der Augenheilkunde (dort vor allem in der Refraktiven Chirurgie) oder der Krebstherapie.
Die Vorteile sind hier:

• hohe Spitzenintensitäten
• geringe Wärmeübertragung auf das Substrat
• Breitbandiges Spektrum

Weitere Einsatzmöglichkeiten von Femtosekundenlasern:

• die Steuerung bzw. Erforschung von chemischen Reaktionen, beispielsweise der Zerfall bestimmter Moleküle bei der Herstellung von Medikamenten
• optische Abtastverfahren beispielsweise für Oberflächen
• die exakte und rückstandsfreie Abtragung kleinster Materialmengen ohne nennenswerte Wärmeübertragung (Prinzip des Präzisionsskalpells). Das Material wird vom Femtosekundenlaser direkt in Plasma umgewandelt, welches kaum thermisch mit dem Trägermaterial wechselwirkt.

Weblinks

• Verband Femtosekundentechnologie
• http://www.bmo.physik.uni-muenchen.de/forschung/projekt.php?id=40 (Zur Verwendung des Kerr-Effektes)