Was ist die neue Verwendung von Graphen in Lasern?

Graphen ist immer überraschend und zeigt noch erstaunlichere Eigenschaften wie extreme Zugfestigkeit oder beispiellose Leitfähigkeit. Es kann jetzt eine große Hilfe für ultraschnelle Lasersysteme sein.

Im ursprünglichen Experiment wurde Graphen hergestellt, indem dünnere Graphitschichten entfernt wurden. Graphit ist schwarz, also ist Graphen auch schwarz. In wissenschaftlicher Hinsicht zeigt es starke Lichtabsorptionseigenschaften bei einer großen Bandbreite wie sichtbarem Licht und Infrarotspektroskopie.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern des Rosendov-Forschungszentrums in Dresden, Helmholtz (HZDR) untersuchte sorgfältig die IR-Absorptionseigenschaften von Graphen. In einer gemeinsamen Studie mit Forscherteams aus Berlin, Göteborg und Atlanta fanden sie neue Absorptionseigenschaften von Graphen.

Bisher wissen wir, dass Graphen unter einer bestimmten Laserenergiedichte verblassen kann. Es kann zusammen mit anderen Materialien verwendet werden, um einen reversiblen Effekt von passiven Absorbern in ultraschnellen Lasersystemen zu erzeugen. Dieser Prozess kann starke ultrakurze Impulse im Laserresonator erzielen. Daher ist es von großem Wert, den Subpikosekunden-Laserpuls zu erzeugen.

Die Forscher fanden heraus, dass, wenn ein starker Infrarotimpuls mit einer Wellenlänge von 30 bis 40 Femtosekunden auf Graphen trifft, zwei Fading-Phänomene auftreten: Das erste beträgt 7 Mikrojoule pro Quadratzentimeter und das andere 10 Mikrojoule pro Quadratzentimeter. Das erste Ergebnis war überraschend niedrig und stimmte mit den neuen theoretischen Vorhersagen überein. Sie nehmen an, dass dieser Effekt auf einer Mehrteilchenstreuung mit Elektronen beruht. Diese Situation ist beispiellos und unterscheidet sich vom Muster des zweiten Fading-Phänomens.

Das Ausbleichen bei niedriger Energiedichte hängt von der Elektronenmobilität ab, daher ist die Geschwindigkeit sehr schnell. Dies kann hohe zyklische Raten unterstützen, was für Femtosekunden-Lasersysteme mit hoher Durchschnittsleistung erforderlich ist. Aufgrund der umfangreichen Absorptionsspektraleigenschaften von Graphen kann es in nahezu dem gesamten sichtbaren Spektrum und IR-Spektrum eingesetzt werden.

Der HZDR-Experte Jacob Konig-Otto sagte: "Graphen ist ein vielversprechendes Absorptionsmaterial und seine Leistung ist sehr stabil, sehr gut für einen weiten Wellenlängenbereich geeignet. Unsere Ergebnisse helfen, die zugrunde liegenden Prozesse zu verstehen und bessere Absorber zu bauen."

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