Vielfältige Anwendungen

Fast alle kurzgepulsten industriellen Lasersysteme sind heute mit der von Keller entwickelten Sesam-Technik ausgestattet. Sie werden beispielsweise eingesetzt, um extrem dünne Materialscheiben von wenigen Nanometern Dicke abzutragen oder heikle Augenoperationen durchzuführen. Ein grosser Vorteil der Technik ist, dass das umgebende Material von den kurzen, energiereichen Pulsen des Laserstrahls nicht erhitzt wird. Somit können auch temperaturempfindliche Materialien mit diesen Lasern bearbeitet werden.

Dass es sich dabei nicht nur um Nischenanwendungen handelt, verdeutlichen die Zahlen des Europäischen Patentamts: Der globale Markt für ultraschnelle Laser belief sich 2017 auf 2,17 Milliarden Euro. Das entspricht einem Anteil von rund einem Fünftel am Gesamtmarkt für Lasersysteme. Das Patentamt erwartet, dass sich dieses Marktfeld bis 2023 auf 8,3 Milliarden Euro ausdehnen wird.

Keller und später auch Studierende von ihr haben basierend auf den von ihrer Gruppe entwickelten Technologien verschiedene Spin-off-Firmen gegründet, die sich etablieren konnten. Doch die ultraschnellen Laser von Keller sind nicht nur für die Industrie von grossem Interesse, sondern auch für die Grundlagenforschung.

Ihre laserbetriebene Atto-Uhr etwa misst Zeitintervalle mit einer Genauigkeit von wenigen Milliardsteln eines Milliardstels einer Sekunde (10-18 Sekunden), d.h. mit einer Genauigkeit von Attosekunden. Die Atto-Uhr basiert auf der zirkularen Polarisation des Laserlichts. Da sich der Laserfeldvektor in nur etwa 1000 Attosekunden um 360 Grad dreht, hat man eine extrem genaue Stoppuhr, weil sich der Uhrenzeiger so schnell dreht. Mit der Atto-Uhr konnte die Physikerin zum ersten Mal die sogenannte Tunnelzeit direkt messen, ein fundamentaler quantenphysikalischer Vorgang, der überall in der Natur vorkommt, theoretisch aber immer noch zur Debatte steht.

Die optische Uhr hingegen nutzt die lineare Polarisation und die hohe Schwingungsfrequenz von mehreren 100 Terahertz der kurzgepulsten Laser. Damit kann die Zeitmessung im Vergleich zur Atomuhr nochmals um vier Grössenordnungen verbessert werden. Damit, so hofft die Physikerin, lässt sich in Zukunft auch überprüfen, ob unsere physikalischen Naturkonstanten wirklich konstant sind.