Saser

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Saser ist ein Akronym von Sound Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Schallverstärkung durch stimulierte Strahlungsaussendung). Dabei wird eine einfallende Schallwelle mit Hilfe eines aktiven Mediums verstärkt, so dass kohärente Schallwellen in einem abgegrenzten Raumbereich entstehen. Der Saser ist folglich das akustisches Gegenstück zum Laser.

Entwicklung[Bearbeiten]

Die Idee einer zum Laser analogen Verstärkung des Schalls wird bereits seit mehreren Jahren von verschiedenen Forschungsgruppen verfolgt. Dabei lagen die Hauptunterschiede der einzelnen Ansätze vor allem bei dem zur Verstärkung des Schalls verwendeten aktiven Mediums.

Erstmals wurde die Funktionsfähigkeit eines SASERs von den weißrussischen Physikern I. V. Volkov, S. T. Zavtrak, und I. S. Kuten Mitte der 90er Jahre des 20. Jahrhunderts am Institute of Nuclear Problems in Minsk bewiesen. Sie nutzen dabei Flüssigkeiten mit eingeschlossenen Gasblasen als aktives Medium und ein sich änderndes elektrisches Feld zum Pumpen. Diese Arbeit reichten sie am 15. Januar 1997 der American Physical Society ein, welche sie in Ausgabe 56 der Physical Review veröffentlichte.

Am 2. Juni 2006 veröffentlichten der Engländer Anthony Kent (Universität von Nottingham) und der Ukrainer Borys Glavin (Lashkarev Institut für Halbleiterphysik) ihre Arbeit in den Physical Review Letters. Dabei ist vor allem der simple Aufbau des Verstärkermediums erwähnenswert, da es lediglich aus dünnen Halbleiterschichten besteht.

Funktionsweise[Bearbeiten]

Das Grundprinzip unterscheidet sich innerhalb der ASER-Familie (Laser, Maser, SASER) nicht. Einfallende Wellen treffen auf ein aktives Medium, in welchem sie weitere Wellen aufgrund stimulierter Emission freisetzten. Im Gegensatz zu Maser und Laser, welche auf elektromagnetischen Wellen bzw. Photonen basieren, handelt es sich beim SASER um Schallwellen bzw. Phononen. Die einzelnen Mitglieder der ASER-Familie unterscheiden sich darüber hinaus in den Frequenzen der verwendeten Strahlung. So arbeitet ein Laser mit Frequenzen zwischen 10 THz bis 1 PHz, ein Maser von 100 kHz bis 100 GHz und der SASER mit 0,1 bis 1 Thz. Damit schließt der SASER direkt oberhalb des Masers an.

In der von A. J. Kent et al. im Jahr 2006 veröffentlichten Arbeit fungieren Halbleiterschichten als aktives Medium. Diese Schichten bestehen abwechselnd aus AlAs und GaAs und die einfallende Schallwelle regt die darin befindlichen Elektronen an. Die so hervorgerufenen Gitterschwingungen, Phononen genannt, sind letztlich für die Verstärkung der Schallwelle verantwortlich. Bei geeigneten Bedingungen schwingen diese Phononen phasengleich zur einfallenden Schallwelle und führen zu einer Amplitudenerhöhung. Da die Schwingungsfrequenz dieser Phononen nicht beliebig ist, sondern vom Material abhängt, werden nur bestimmte Frequenzen verstärkt. Daher ist die austretende Schallwelle nicht nur verstärkt, sondern auch kohärent.

Bisher gelingt die Trennung der Phononenfrequenzen jedoch noch nicht sauber, so dass die austretende Schallwelle eine Mischung verschiedener Frequenzen ist. Mit einer Marktreife ist in naher Zukunft nicht zu rechnen.

Literatur[Bearbeiten]

  • I. V. Volkov et al.: Phys. Rev. E 56, 1097–1101 (1997)
  • A. J. Kent et al.: Phys. Rev. Lett 96, 215504 (2006)

Weblinks[Bearbeiten]

A New Kind of Acoustic Laser, American Institute of Physics (englisch)