Verstärkung und Lasing ohne Inversion in Quecksilber bei 253.7 nm und 185 nm

• Applicant: Professor Dr. Thomas Walther
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2012 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 210427195

Der Aufbau kontinuierlich arbeitender Laser im UV- und VUV-Bereich stellt wegen der kürzer werdenden Lebenszeiten der am Prozess beteiligten Laserniveaus eine große Herausforderung dar. Einen Ausweg bietet hier die Methode des ”Lasing without Inversion”, also einen Laserprozess ohne Populationsinversion zu erzeugen. Hinter diesem Begriff versteckt sich ein kohärenter Mechanismus, in dem die Atome so in einen kohärenten Zustand gepumpt werden, dass die Absorption der Laserwellenlänge verhindert wird. So reicht dann bereits eine kleine Zahl von Atomen im oberen Laserzustand, um den Laser oberhalb der Schwelle betreiben zu können.Die bisherigen Experimente zu dieser Methode beschränkten sich auf 3-Niveau-Systeme in Λ- oder V-Konfiguration und demonstrierten das Funktionsprinzip ohne wirklich das Potential der Methode zu nutzen, d.h. es wurde keine kurzwelligere Strahlung erzeugt als im Experiment zum Aufbau der Kohärenz benutzt werden musste. Wir schlagen hier vor, durch die Verwendung von vier atomaren Niveaus in Quecksilber erstmals UV-Strahlung durch ”Lasing without Inversion” bei 253.7 nm und 185 nm zu erzeugen. Durch die Erweiterung auf das 4-Niveau-System und geschickte geometrische Wahl der Ausbreitungsrichtungen der Laser kann zudem der Doppler-Effekt ausgeglichen werden, so dass die Verwendung einer einfachen Quecksilberzelle möglich wird. Zusätzlich wird dadurch erreicht, dass Laserverstärkung nur in einer wohl definierten Richtung stattfindet. Dies ist wichtig, da dies die Erzeugung kohärenter Strahlung auch dann ermöglicht, wenn für die kurzwelligen Strahlungen keine geeigneten Spiegelmaterialien existieren. Eine Übertragung auf andere atomare Systeme mit noch kurzwelligeren Übergängen ist möglich.

• DFG Programme: Research Grants