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Forscher wollen Wolken mit Fäden aus Laserlicht durchstoßen

Lichtstrahlen bei Lasershows ragen weit in den nächtlichen Himmel. Solche in die Atmosphäre gerichteten Laser können auch zur chemischen Analyse der Luftschichten oder zur Datenübertragung genutzt werden. Französische Physiker entwickelten nun eine Lichttechnik, mit der sogar wasserhaltige Wolken nahezu ohne Leistungsverlust des Laserlichts durchstrahlt werden können. Diese „Lichtfäden“ werden durch die Wassermoleküle nicht wie bisher gewohnt abgeschwächt, sondern sogar noch scharf fokussiert, berichten die Forscher im Fachblatt Applied Physics Letters (Vol.83. S. 213).

Mit einer extrem hohen Leistung von rund 100 Milliarden Kilowatt pro Quadratzentimer leiteten Jean-Pierre Wolf und seine Kollegen von der Université Claude Bernard Lyon Laserstrahlen durch eine künstliche Nebelwolke im Labor. Ein Laserpuls dauerte dabei nur einen winzigen Bruchteil einer Millionstel Sekunde ? 120 Femtosekunden.

Trotz der großen Anzahl an Wassermolekülen in der Nebelwolke wurde der Lichtstrahl nicht gestreut und geschwächt, sondern es bildete sich vielmehr ein nur 150 Millionstel Meter breiter Lichtfaden aus, der hunderte von Metern zurücklegen konnte. Als Ursache für diese „Glühfäden“ aus Luft und Wassermolekülen hat Wolfs Team zwei nichtlineare optische Effekte ausgemacht.

Zum einen verändert sich über den so genannten „Kerr-Effekt“ die Lichtbrechung im Transmissionsmedium, hier die feuchte Luft, derart, dass der Laserstrahl wie von Geisterhand fokussiert wird. Zum anderen beobachteten sie einen Plasma-Effekt, bei dem über ionisierte Luft- und Wassermoleküle die Leistung des Laserlichts erhalten bleibt.

Nach diesem Ergebnis an einer Nebelwolke im Labor planen die Forscher nun den Gang ins Freie. Dort wollen sie den intensiven Strahl gen Himmel richten und die Ausbreitung der ultrakurzen und extrem intensiven Laserpulse unter natürlichen Bedingungen untersuchen. Können sie wie im Labor auch im Freien solche Lichtfäden erzeugen, stünde den Wissenschaftlern ein interessantes Instrument zur genaueren Analyse der Atmosphäre selbst durch wasserhaltige Wolkendecken zur Verfügung.

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Jan Oliver Löfken
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