Ein Phonon-Laser
Prof. Dr. Thomas Udem (Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching)

Mit einem Laserstrahl, der rot verstimmt ist gegenüber einer atomaren Resonanz, lässt sich die Bewegung von Atomen und Ionen bremsen (Laserkühlung). Im blau verstimmten Fall geht man vom Heizen aus. Dass dies nicht notwendigerweise der Fall ist, haben wir nun mit einzelnen gespeicherten Ionen gezeigt. Strahlt man sowohl einen blau verstimmten als auch einen rot verstimmten Laser ein, so können einzelne gespeicherte Ionen kohärent, also nicht-thermisch zum Schwingen gebracht werden.
Diese Schwingungen können als mechanisches Analogon zu einem optischen Laser, einem Phonon-Laser, beschrieben werden. Dieser beruht auf quantisierten Schwingungen (Phononen) anstelle von Lichtquanten (Photonen). Der Phonon-Laser verhält sich in vielerlei Hinsicht wie die Oszillationen des elektrischen Felds in einem optischen Laser. Es gibt eine Schwelle der Energiezufuhr durch den blau verstimmten Laser bei der die Schwingung einsetzt. Analog zum optischen Laser lässt sich das Vorhandensein einer stabilen Schwingungsamplitude durch Sättigungseffekte erklären. Die Linienbreite eines Phonon-Lasers kann durch eine Schawlow-Townes artige Beziehung beschrieben werden.