Dr. David R. Carlson, Preisträger des Bernard J. Couillaud Preises 2019

Ein faszinierender Blick darauf, wie die Forschung von heute die Anwendungen von morgen ermöglichen wird

Coherent: Können Sie einem allgemeinen Laserpublikum kurz erklären, warum Sie mit Tantala arbeiten?

Carlson: Es ist ein fantastisches photonisches Material mit einer einzigartigen Kombination attraktiver Eigenschaften für alle Arten von Anwendungen, die auf nichtlinearen Effekten basieren. Erstens weist es sehr starke nichtlineare Eigenschaften auf, so dass optische Effekte wie die Erzeugung von Oberwellen sehr effizient sein können, was Anwendungen mit nur geringer Peak- und mittlerer Laserleistung ermöglicht. Zweitens hat es einen unglaublich großen Übertragungsbereich: von Ultraviolett bis etwa 8 Mikrometer tief in den Infrarotbereich, so dass es mit den meisten Lasertypen in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann. Es ist nicht nur auf sein großes Potenzial in der Telekommunikation beschränkt. Außerdem handelt es sich um ein Material mit geringer Eigenspannung, so dass es ohne Rissbildung oder andere mechanische Probleme zu dicken Schichten verarbeitet werden kann. Und da viele Anwendungen jetzt in Richtung integrierter Photonik gehen, ist es auch dort sehr attraktiv, weil es mit mehreren anderen wichtigen photonischen Materialien wie GaN und IP kompatibel ist, so dass es einen klaren Weg zur Entwicklung hybrider Geräte mit integrierter Funktionalität (z. B. CMOS) gibt.

Coherent: Können Sie sagen, wie Sie die Mittel des Couillaud-Preises verwendet haben, um diese Arbeit voranzutreiben?

Carlson: Die meiste Arbeit über Tantala findet auf der Ebene der Forschung statt. Der Beweis des Prinzips und ähnliche Dinge, die sein Potenzial zeigen. Mehrere Kollegen und ich erkannten, dass wir die Lücke schließen mussten, um eine Fülle praktischer Anwendungen zu ermöglichen, die vom Potenzial von Tantala profitieren. Viele davon liegen außerhalb der Reichweite typischer Photoniklabors. Der Schlüssel liegt darin, ihnen Gerätepakete zur Verfügung zu stellen, die sie in realen Anwendungen einsetzen können. Also haben wir ein Unternehmen gegründet, um diese Vermarktung voranzutreiben. Wir nannten dieses Unternehmen Octave Photonics (www.octavephotonics.com). Die Mittel des Couillaud Preises kamen genau zum richtigen Zeitpunkt für dieses Vorhaben, und wir haben sie für wichtige Geräte für das neue Unternehmen verwendet, d. h. für den Aufbau von Kernkompetenzen im Labor. Dazu gehörten ein Mikroskop, ein CW-Laser, optomechanische Tische und so weiter. Als Ergebnis haben wir nun einen kompletten Arbeitsplatz auf der Basis einer optischen Bank, an dem wir bereits Geräte zusammenbauen und testen können. Wir machen zum Beispiel große Fortschritte bei zwei interessanten Geräten: ein Superkontinuum-Modul und einen Kerr-Mikroresonator-Frequenzkamm.

Coherent: Sie setzen also akademische Forschung in reale Anwendungen um. Das ist wirklich eine perfekte Art, einen Preis zu verwenden, der Bernard Couillaud und sein Lebenswerk ehrt. Wie Sie wahrscheinlich wissen, kam er ursprünglich aus Frankreich nach Kalifornien, um in der akademischen Forschung zu arbeiten – im Labor von Theodor („Ted“) Hänsch in Stanford, der im Jahr 2005 den Nobelpreis für Physik für seine Arbeit an hochauflösender Spektroskopie und Frequenzkämmen erhielt. Danach wechselte er im Jahr 1983 zu Coherent, wo er bis zu seiner Pensionierung im Jahr 2007 blieb. Während er eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung kommerzieller Laser und ihrer Anwendungen spielte, blieb er in engem Kontakt mit der Welt der Forschung und schlug oft eine Brücke zwischen Forschungsergebnissen und wissenschaftlicher Produktentwicklung. Im Laufe seiner Karriere verfasste er über 60 technische Veröffentlichungen. Wir sind daher sicher, dass er von ganzem Herzen gutheißen würde, was Sie mit der in seinem Namen geleisteten Hilfe tun. Erzählen Sie uns doch abschließend von einer interessanten realen Anwendung, in der Sie eine mögliche Rolle für eines dieser Tantala-Geräte sehen.

Carlson: Unbedingt. Ich denke, viele Menschen können sich mit der Satellitennavigation – „SatNav“ in Europa – und dem globalen Positionsbestimmungssystem – GPS in Nordamerika – identifizieren, die für die meisten Menschen heute in ihren Smartphones und Tablets selbstverständlich sind. Hier liefern Funksignale zwischen dem Nutzer und zwei oder mehr Satelliten zeitbasierte Daten, die dann in Entfernungsdaten umgewandelt werden, die es dem System ermöglichen, den Standort auf der Grundlage einiger geometrischer Berechnungen zu ermitteln. Der Erfolg hängt davon ab, dass alle Satelliten mit extrem genauen Uhren ausgestattet sind: je besser die Genauigkeit der Uhr, desto besser die Genauigkeit der Ortung. Unser Kerr-Mikroresonator (wird) einen sehr präzisen und selbstreferenzierten Frequenzkamm liefern, der für Satellitensysteme der nächsten Generation definitiv geeignet ist. Diese Kämme wiederum ermöglichen stabilere Atomuhren und damit eine bessere Positionsgenauigkeit. Und da Tantala eine hohe optische Effizienz ermöglicht, verbraucht dieser Kamm weniger Strom als andere Technologien, was bei allen weltraumgestützten Geräten immer ein wichtiges Anliegen ist.

Coherent: Vielen Dank, David. Wir glauben, Bernard wäre sehr glücklich zu wissen, dass das Vermächtnis seines Namens auch nur eine kleine Rolle bei solch potenziell spannenden und grundlegenden Fortschritten in der Laserphotonik spielt.

Carlson: Ich möchte mich auch bedanken – bei Coherent und der OSA sowie bei den Mitgliedern des Komitees, die mich als ersten Empfänger dieses neuen prestigeträchtigen Preises ausgezeichnet haben.

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