Werkzeug aus Licht: Der Laser wird 50

Um zu erfahren, wozu diese moderne Schlüsseltechnologie taugt, haben wir die Experimentalphysiker im Institut für Optik und Quantenelektronik der Universität Jena besucht.

Faszination der Forschung mit Licht: Bei ihrer Arbeit mit Hochleistungs-Lasern stoßen die Jenaer Wissenschaftler in Dimensionen vor, die Albert Einstein nur theoretisch ausloten konnte. Foto:Peter Michaelis

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Rote Warnleuchten brennen den Flur hinunter über sämtlichen Türen. Gefahr! Laser in Betrieb, verheißen die gelben Piktogramme. Keine Klinken, bloß Knäufe - die Pforte zum Allerheiligsten der Jenaer Laserphysiker öffnet sich allein für Eingeweihte, per pin-code. So ein Terawatt-Laser könne jedem unbedachten Besucher ein Loch ins Hemd sengen, witzelte vor gut zehn Jahren der damalige Institutsdirektor Roland Sauerbrey. Das heißt, korrigierte er sich, genau zwei: eins vorn und eins hinten.

Aber diese Zeiten sind vorbei. Längst amtiert Sauerbrey als Chef des Forschungszentrums Rossendorf in Dresden, und "Jeti", der damals nur zwei Billionen Watt starke Jenaer Titan-Saphir-Laser, wurde auf die 15-fache Leistung aufgerüstet. Seinen Lichtpuls, der, sobald er auf einen Körper trifft, jedes wohlorganisierte Molekül in eine kochende Plasmasuppe verwandelt, führt man lieber durch Vakuumröhren. Denn selbst die Luft würde er auf seiner Bahn nicht verschonen.

"Da sind Sie ja", begrüßt Professor Christian Spielmann herzlich. Seit zwei Jahren leitet der gebürtige Innsbrucker gemeinsam mit seinem Kollegen Gerhard Paulus die Forscherteams im Institut für Optik und Quantenelektronik am Max-Wien-Platz. Statt bloß eines stehen ihnen nun drei Hochleistungs-Laser zur Verfügung, während zwei Straßen weiter Juniorprofessor Malte Kaluza & Co. schon an "Polaris", einem Gerät der nächsten Generation, tüfteln und schrauben.

"Die letzte Baustufe fehlt noch", klärt Spielmann kurz auf. Den spektakulären Vorstoß in die Petawatt-Klasse - eine Billiarde Watt - betrachtet der Experte völlig gelassen. Obwohl er ja weiß, dass solche Dimensionen jeglicher natürlichen Physik fremd sind. Außer bei Supernovae-Explosionen im Weltall.

Ganz so hoch will Spielmann nicht hinaus. Mit der Fingerfertigkeit eines Commander Scott tippt er den Code ein und führt uns in den Vorraum zum Laserlabor. Wir schlüpfen in die unvermeidlichen Ganzkörperüberzieher - maximale Staubfreiheit ist Pflicht - und dürfen endlich die "Jeti"-Höllenmaschine in Augenschein nehmen. Captain Kirk, soviel ist klar, wäre neidisch.

Im grünen Arbeitslicht werkeln vier Außerirdische. Als Oliver Jäckel stellt einer von ihnen sich vor und deutet auf ein Gewirr aus montierten Spiegeln und Apparaturen auf einem langen Metalltisch, an dessen Ende eine waschzubergroße Edelstahlkapsel thront. Die Target-Kammer. Hier schlägt der Laser ein. "Wir bereiten ein Experiment zur Ionenbeschleunigung vor", erklärt Jäckel. "Dabei schießen wir mit dem Laser auf eine dünne Diamantfolie und beobachten die Expansion des Plasmas."

Spielmann grinst breit unter seiner Schutzbrille, weil er weiß, dass Nichtphysiker die Details des Jäckelschen Exkurses so gut verstehen wie Klingonisch. Selbst Spock würde vermutlich die Ohren anlegen. Hellhörig macht nur der Ausdruck "relativistische Spiegel". Klar! Albert Einstein hat ja schon anno 1917 die Erfindung des Lasers vorausgesagt. Was er theoretisch berechnete, ist für seine Jenaer Erben tägliche Praxis.

Über "Star Trek" ist Spielmann hinaus

Droben in Spielmanns Büro herrscht mehr Muße zum Plaudern. Natürlich ist der 46-Jährige mit der TV-Serie "Raumschiff Enterprise" aufgewachsen. "Science fiction", winkt er lächelnd ab. Abenteuer in unendlichen Weiten des Alls will er nicht mehr bestehen. Sondern dessen Geheimnisse im Kleinsten enträtseln: Molekulare Vorgänge in Attosekunden-Auflösung zu studieren, das wäre ein Ziel. Und der Laser das Werkzeug dazu.

"Die Grundprinzipien eines Lasers hab' ich ja schon in der Schule kennengelernt", erzählt er, "aber noch an der TU Wien galten damals Kurzpulslaser eher als exotisch." Überhaupt stand die Fachwelt dem gebündelten Licht lange skeptisch gegenüber. Als Theodore Maiman am 16. Mai 1960 in den kalifornischen Hughes Laboratories den ersten funktionsfähigen Rubinlaser der Welt präsentierte, witzelte man, es müsse bloß noch ein praktischer Nutzen gefunden werden.

Auch darüber kann Spielmann nur schmunzeln. Wann er seinen ersten Laser privat gekauft hat, weiß er nicht mehr. "Das muss so Ende der Achtziger, Anfang der Neunziger gewesen sein." Auf den CD-Spieler will er jedenfalls nicht mehr verzichten. Außerdem hantiere ja heutzutage jeder Handwerker mit Lasern, statt Wasserwaage zum Beispiel. - Nirgendwo wird noch mit dem Anspruch von Präzision und Effektivität gemessen, geschnitten, geschweißt und gebohrt, ohne dass Laser im Spiel sind - gleich, ob in der Chirurgie oder der Automobilindustrie. Und weil Licht seit jeher Signale überträgt, wäre auch die Internet-Kommunikation ohne Lasertechnologien undenkbar.

Professor Spielmann hat anderes im Sinn: "Wir machen Grundlagenforschung." Zum Beispiel Mikroskopie im weichen Röntgenbereich oder zeitaufgelöste Photoelektronspektroskopie. Geduldig erklärt er, wie mit einem Trick "herkömmliches" Laserlicht des sichtbaren Spektrums in ultrakurze Röntgenpulse verwandelt wird. Diese wiederum wollen er und seine Kollegen gleichsam als Blitzlichtstafette für eine spezielle Hochgeschwindigkeitskamera benutzen, um chemische Reaktionen nachzuverfolgen.

Das entscheidende Problem dabei kennt jeder Foto-Amateur: Ist die Belichtungszeit zu lang, hat das Motiv eine Bewegungsunschärfe. Nur geht es in Spielmanns Vision um nichts weniger, als Protonen und Elektronen bei der Arbeit zuzusehen. Warum etwa missrät die Proteinfaltung eines Enzyms? Biochemiker kennen zwar die komplexen Ausgangsstoffe samt deren Produkte, und Ärzte diagnostizieren, warum der Patient krank ist. Aber die Analyse bis ins allerletzte Detail steht naturgemäß aus. Die Jenaer schicken sich an, dafür eine Basis zu schaffen.

Relativ kleine Gigawatt-Laser mit hoher Wiederholrate setzen sie dafür ein, während der ultrastarke "Polaris" eines Tages als Protonenstrahlquelle, nicht zuletzt für medizinische Operationen, dienen soll. Science fiction? - Bis ins Jahr 2200 will man jedenfalls nicht darauf warten. Zumal die Kooperation mit Sauerbreys Dresdnern, mit dem Elektronen-Synchroton DESY in Hamburg und der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI), Darmstadt, die Fortschritte beschleunigt. Gebündelt werden solche Kompetenzen künftig in einem Jenaer Helmholtz-Institut.

Ist der Laser also ein Segen für die Menschheit? Kurz zögert Christian Spielmann und sagt dann fest und bestimmt: "Ja." Umweltschäden durch Laser seien jedenfalls nicht bekannt, und als Waffe taugen sie auch nicht. "Einen Röntgenlaser für militärische Zwecke, das wird nie funktionieren", sagt der Jenaer Professor. Obwohl er weiß, dass US-Militärs für's "Star Wars"-Programm in diese Richtung geforscht haben. Allerdings ohne handfeste Ergebnisse.

Ob ihm gar nichts Negatives in Sachen Laser einfalle? Nicht mal bei einer Verkehrskontrolle? Da sind wir wieder auf dem Boden der Tatsachen. Zuletzt geblitzt worden sei er in einer Jenaer Tempo-30-Zone. "Konventionelle Technik", urteilt Spielmann und zuckt die Achseln. Nur vor Laserpistolen, wie sie auch in Jena produziert werden, hat er großen Respekt. "Ich weiß leider sehr gut, wie genau die sind."

Institut für Optik und Quantenelektronik der Universität Jena

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