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Von der Kunst das Licht zu zähmen

In der modernen Physik wird das Licht als das Schnellste, was es im Universum gibt, betrachtet. Albert Einstein stellte die Theorie auf, dass Licht nicht schneller als 300 Millionen Meter pro Sekunde reisen kann, aber er hat nie behauptet, dass es sich nicht langsamer bewegen könnte.
Von der Kunst das Licht zu zähmen
Transparentes Material wie Wasser und Glas verlangsamen Licht ganz leicht. Als Ergebnis werden Lichtstrahlen gebrochen, so dass Prismen Spektren und Linsen erzeugen, um Bilder zu fokussieren. Mithilfe eines weitläufig verwandten aber stärkeren Effekts haben Forscher des EU-geförderten Projekts SLICA (Stationary light in cold atoms) zuerst das Licht in einem Medium aus kalten Atomen verlangsamt und dann vollends gestoppt.

Elektromagnetisch induzierte Transparenz (EIT) ist ein Phänomen, bei dem ein Material, das normalerweise kein Licht transmittieren kann, für einen bestimmten Wellenlängenbereich transparent gemacht wird. Mit der Verwendung von gegenläufigen Laserstrahlen lieferte EIT den SLICA- Forschern ein leistungsstarkes Instrument für die Kontrolle der Lichtausbreitung.

Insbesondere erlaubte ihnen diese Technik das Licht zu verlangsamen und stationäre Lichtimpulse (SLP) in einem Medium aus kalten Atomen zu schaffen. Im Gegensatz zum gespeicherten Licht, wo kein Licht während der Speicherung vorhanden ist, erlauben SLP die effektive Einstellung von Lichtpulsen. Die erste experimentelle Demonstration von SLP wurde vor mehr als zehn Jahren in einem heißen Gas von Rubidium-Atomen erreicht.

Anders als in heißen Medien war die Schaffung von SLP in kalten Medien jedoch nicht einfach. Hochfrequenz-Atom-Kohärenzen können sich auf die Übertragung von Licht nachteilig auswirken, die natürlicherweise in heißen Medien unterdrückt wird. Die Forscher zeigten, dass diese Effekte durch eine Verringerung der Breite des EIT-Transparenzfensters unter die typischen Dopplerverschiebungen erheblich unterdrückt werden konnten.

Die SLICA-Wissenschaftler demonstrierten auch zum ersten Mal das effiziente Laden kalter Atome in einer Hohlfaser. Dadurch legten sie die Grundlagen für die Umsetzung der nichtlinearen Optik mit SLP auf einer wenige Photonen enthaltenden Ebene. In einem solchen System sind Atome und Photonen fest auf makroskopische Distanzen beschränkt, was zu einer starken Kopplung zwischen Licht und Materie resultiert, an der optische Nichtlinearitäten beteiligt sind.

Neben ihrem grundlegenden wissenschaftlichen Interesse, wurden die Bemühungen des Projektteams durch praktische Anwendungen von SLP stimuliert. Unter den vielen vorgesehenen Anwendungen der SLP ist ihre Verwendung bei der optischen Verarbeitung und Informationsspeicherung in Computern basierend auf Quanteneffekten sowie Glasfaserkommunikation.

Die Projektergebnisse von SLICA haben nicht nur die Grenzen Lichtausbreitungsmanipulation auf EIT-Basis verschoben, sie haben auch ein fehlendes Glied bei der Kontrolle von Informationen, die vom Licht übertragen werden, geliefert.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

SLICA, stationäres Licht, kalte Atome, elektromagnetisch induzierte Transparenz, Laserstrahlen
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