STUTTGART (pi) - Mit ultrakurzen Lichtimpulsen, deren Erzeugung IBM-Wissenschaftlern jetzt gelang, erhoffen sich die Forscher ein besseres Verständnis physikalischer Vorgänge, die für die Entwicklung sehr schneller Computerbauelemente von Bedeutung sind.

Die Wissenschaftler Jean-Marc Halbout und Daniel Grischkowsky vom IBM-Forschungslabor Yorktown Heights wollen mit diesen Lichtimpulsen, die nur zwölf Femtosekunden (zwölf Billiardstel Sekunden) dauern, Einblicke in die Bewegung von Elementarteilchen gewinnen.

Licht legt in etwas mehr als einer Sekunde die Entfernung von der Erde zum Mond zurück. Während der Dauer des erzeugten Impulses von zwölf Femtosekunden (fs) kommt das Licht gerade fünf Micrometer weiter - ein Zehntel der Dicke des menschlichen Haares.

Der "Lichtkompressor" der IBM, eine Entwicklung Grischkowskys und seiner Kollegen Anne C. Balant und Hiroki Nakatsuka, pulsiert mit einer Geschwindigkeit von 800 jeweils 12 fs, dauernden Lichtimpulsen pro Sekunde.

Das Verständnis fast aller chemischen Reaktionen und zahlreicher physikalischer - Grundvorgänge hängt von der Wahrnehmbarkeit einer Vielzahl bisher unsichtbarer und nicht meßbarer Abläufe ab. Diese Ereignisse laufen so schnell ab, daß sie ohne Nutzung ultrakurzer Lichtimpulse in ihrem Ablauf nicht beobachtet werden können. Das wäre so, als würde während der Fernsehübertragung eines Fußballspiels nur etwa alle 90 Minuten ein Bild gezeigt.

Die IBM-Wissenschaftler sind der Ansicht, daß es ihnen mit diesem Verfahren gelingen könnte, Abläufe im Detail besser zu verstehen: Im Falle der IBM Forschung zum Beispiel die Wanderung von Elektronen durch Halbleiterstrukturen.

Die Lichtimipulse von 12 fs Dauer werden durch abwechselndes Strecken und Komprimieren von Laserlicht erzeugt. Bei dem von IBM entwickelten "Lichtkompressor" werden 100 fs dauernde Impulse eines Farb-Lasers durch den Kern einer weniger als fünf Mikrometer dicken Glasfaser gesandt. Durch Wechselwirkung zwischen Laser und Glasfaser wird die Wellenlänge des Lichtes zeitlich geringfügig verändert, so daß bei Glasfasern mit normaler Dispersion die längeren Wellen des Rot-Bereichs den kürzeren Wellen aus dem Blau-Bereich vorauseilen.

Dieser Effekt wird "Chirping" genannt: So wie sich beim Zirpen einer Grille in schneller Wiederholung die Tonhöhe ändert, so ändert sich hier die Lichtwellenlänge. Nach Verlassen der Glasfaser wird der Impuls zwischen zwei Beugungsgittern, die die Farben in unterschiedliche Richtungen ablenken, hin und her geführt. Dadurch erreicht man, daß der Anfang des Laserimpulses fast gleichzeitig mit seinem Ende eintrifft. Der Impuls wird durch diesen Effekt auf einen Bruchteil seiner ursprünglichen Länge komprimiert und erscheint damit kurzer und kräftiger als der ursprüngliche Impuls.