Japanische Forscher steuern Licht: neues Laserverfahren bringt Durchbruch in der Magnetooptik
Forscher:innen der Tohoku University im japanischen Sendai und der Toyohashi University of Technology im gleichnamigen Ort Japans haben eine neue Methode zur Erzeugung transparenter magnetischer Materialien durch Lasererwärmung entwickelt. Das gilt als bedeutende Fortschritt in der optischen Technologie und stellt einen neuartigen Ansatz für die Integration magnetooptischer Materialien in optische Geräte dar. Das eröffnet ein weites Anwendungsfeld, galt aber bislang als Herausforderung.
Miniaturisierung optischer Kommunikationsgeräte nun möglich
„Der Schlüssel zu dieser Errungenschaft liegt in der Herstellung von ‚Cerium-substituiertem Yttrium-Eisen-Granat (Ce:YIG)‘, einem transparenten magnetischen Material, unter Verwendung einer speziellen Lasererwärmungstechnik“, erläutert Professor Taichi Goto, Hauptautor einer kürzlich in der Fachzeitschrift Optical Materials veröffentlichten Studie. „Diese Methode löst die zentrale Herausforderung, magnetooptische Materialien in optische Schaltkreise zu integrieren, ohne sie zu beschädigen – ein Problem, das die Fortschritte bei der Miniaturisierung optischer Kommunikationsgeräte behindert hat“.
Magnetooptische Isolatoren werden für eine stabile optische Kommunikation benötigt und wirken als Steuerelemente, die Lichtsignale in eine Richtung, aber nicht in die andere bewegen können. So wird eindeutige Kommunikation möglich.
Hohe Temperaturen als Problem
Weil sich diese Integration nur im Wege von Hochtemperaturprozessen erledigen lässt, galt die Lösung des Problems lange als eine Herausforderung. Diese Herausforderung haben Goto und seine Kolleg:innen im Wege des sogenannten Laser-Temperns bewältigt.
Dabei handelt es sich um eine Technik, bei der bestimmte Bereiche eines Materials hochselektiv mit einem Laser erhitzt werden. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung, da nur die selektierten Regionen erhitzt werden, ohne die umliegenden Bereiche zu beeinträchtigen.
Erhitzung im Vakuum erlaubt präzise Erwärmung kleinster Strukturen
Um zu vermeiden, dass es bei der Arbeit mit den entsprechenden Materialien zu chemischen Prozessen mit der Umgebungsluft kommt, hat das Team ein neues Gerät entwickelt, das die Materialien im Vakuum mit einem Laser erhitzt. So soll eine präzise Erwärmung kleinster Bereiche von etwa 60 Mikrometern möglich sein, ohne das umgebende Material zu verändern.
Goto und sein Team erwarten, „dass das mit dieser Methode hergestellte transparente magnetische Material die Entwicklung kompakter magnetooptischer Isolatoren, die für eine stabile optische Kommunikation unerlässlich sind, erheblich verbessern wird“. Ferner eröffne das neue Verfahren „Möglichkeiten für die Entwicklung leistungsstarker miniaturisierter Laser, hochauflösender Displays und kleiner optischer Geräte“, so der Professor.
