Laser zähmen unberechenbare elektrische Entladungen
Elektrische Entladungen werden beim Schweißen, in der Mikromechanik und Kraftstoffzündung, um nur einige Beispiele zu nennen, eingesetzt. Der winzige elektrische Funken, der einen Verbrennungsmotor startet, sieht zwar anders aus als ein Blitz im Himmel, doch beide haben etwas gemeinsam. Sie sind nicht vorhersagbar. Blitze können zu einem Blitzableiter hingezogen werden, doch es war bisher nicht möglich vorherzusagen, welchen Weg der Blitz dorthin nehmen wird. Wenn ein elektrischer Funke erzeugt wird, hoffen Ingenieure, dass er dorthin geht, wohin sie wollen. Doch EU-finanzierte Forscher haben nun eine Möglichkeit entdeckt, den Weg eines Funkens zu steuern, wenn er sich zwischen den Elektroden bildet. Neueste technologische Fortschritte und Forschungen, die im Rahmen des EU-geförderten Projekts KOHERENT (Kerr based OPA for high energy infrared pulse generation) durchgeführt wurden, bilden die Bühne für eine spektakuläre Demonstration eines elektrischen Funkens, der einem glatten Weg folgt. Insbesondere erkundeten die Forscher neue Wege, um Laserpumpen im mittleren Infrarotbereich effizient zu verwenden und langwellige Strahlung (bis zu 60 Mikrometer) zu erzeugen. Umfangreiche Untersuchungen der Photoionisation, die in der Luft durch die Erzeugung von langwelliger Strahlung induziert wird, ermöglichten die Erzeugung von Pulsen, die sich auf gekrümmten Bahnen ausbreiten. Zur Demonstration vermischten die Forscher verschiedene Arten von Laserstrahlen und stimmten diese ab. Diese wurden so angeordnet, dass sich eine elektrische Entladung entlang einer geraden oder Parabelbahn bewegen würde. Der Pfad muss nicht einmal einfach sein, er könnte auch gekrümmten Bahnen, etwa S-förmigen, folgen. Licht kann entlang einer Linie, wie in einem Bessel-Strahl konzentriert werden, oder entlang einer Parabelbahn, wie in einem Airy-Strahl. Doch sowohl Bessel- als auch Airy-Strahlen besitzen die Fähigkeit, sich "selbst zu heilen". Wenn diese blockiert sind, können sich diese Laserstrahlen auf der anderen Seite des Hindernisses rekonstruieren. Die Forscher fragten sich, ob dieser ungewöhnliche Eigenschaft des Strahls für eine bessere Leitung elektrischer Entladungen verwendet werden könnte. Sie legten ein Objekt zwischen zwei Elektroden und stellten fest, wie die elektrische Entladung über das "Hindernis" zum nächsten Laserstrahl sprang, ohne das Objekt zu beschädigen. Die Entdeckung, wie elektrische Entladungen sich um Kurven biegen, wurde an der ALLS-Anlage (Advanced Laser Light Source) des kanadischen Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) gemacht. Die Forscher arbeiteten zusammen mit Kollegen aus Kanada, China, Frankreich, dem Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten, um diesen Durchbruch zu erreichen. Elektrische Entladungen wurden bisher in industriellen Schweiß- und Zerspanungsvorrichtungen, Verbrennungsmotoren und Blitzschutzsystemen verwendet. Eine systematische und präzise Steuerung der Hochspannungsentladungen wird eine Reihe von Möglichkeiten für wissenschaftliche Forschungen und Anwendungen öffnen.
Schlüsselbegriffe
Elektrische Entladungen, Laserstrahlen, Mikromechanik, Kraftstoffzündung, Blitzschlag, KOHERENT
