08.01.2015
Für spektroskopische Untersuchungen einzelner Ionen wird Strahlung unterschiedlicher spektraler Bereiche benötigt. Diese Bereiche reichen von dem Radiowellen über den infraroten und sichtbaren bis in den ultravioletten Bereich und darüber hinaus. Um diese Strahlung effektiv zum Ort der Ionen zu transportieren können im infraroten und sichtbaren Bereich Glasfasern benutzt werden. Für die Experimente ist neben dem Wellenlängenbereich auch die räumliche Verteilung der Strahlung von Bedeutung, so dass für Präzisionsmessungen bevorzugt Fasern benutzt werden die nur die Grundmode mit einer räumlich näherungsweise gaußförmigen Intensitätsverteilung leiten. Einmodige Fasern standen im ultravioletten Spektralbereich bisher nicht zur Verfügung, da Farbzentren im Glas ultraviolette (UV) Strahlung stark absorbieren.
In einer Kollaboration mit dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen wurde nun eine mikrostrukturierte photonische Kristallfaser (PCF) mit einer sogenannten Kagomé-Struktur hergestellt und untersucht, die Strahlung in einem hohlen Kern leitet, so dass hier die Absorption vermieden werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass die Faser in der Lage ist die ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge von 280 nm einmodig und mit akzeptablen Verlusten zu leiten [1]. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Faser selbst nach mehr als 100 Stunden Betriebsdauer bei einer transmittierten Leistung von mehr als 15 mW keinen UV-induzierten Transmissionsverlust aufweist.
Nach dem erfolgreichen Test wurde die Faser in einem Spektroskopie Experiment implementiert und durch die Stabilisierung des UV-Laserstrahls konnte die kohärente Manipulation der internen Zustände von gefangenen und lasergekühlten Ionen signifikant verbessert werden. Neben den Anwendern solcher spektroskopischen Untersuchungen, etwa in Astronomie, Chemie oder der Grundlagenforschung in der Physik, kann die neue Faser eingesetzt werden um die Güte von Operationen in Quantencomputern zu verbessern.
Elektronenmikroskopische Aufnahme der neuen Hohlkernfaser. (Abb: MPL)
Literatur:
[1] F. Gebert, M. H. Frosz, T. Weiss, Y. Wan, A. Ermolov, N. Y. Joly, P. O. Schmidt, and P. St. J. Russell, Damage-free single-mode transmission of deep-UV light in hollow-core PCF, Optics Express 22, 15388 (2014)