Extrem kurze Lichtimpulse mit nur wenigen Schwingungen des elektromagnetischen Feldes gehören zu den schnellsten Ereignissen, die die Menschheit je erzeugt hat. Obwohl die ersten Lichtimpulse mit wenigen optischen Zyklen vor etwa 30 Jahren produziert wurden, konnten sie nur in der Spitzenforschung eingesetzt werden, z.B. für zeitaufgelöste Studien oder die Erzeugung von Attosekundenpulsen. Um den Weg in industrielle Anwendungen zu finden, müssen eine Reihe großer Herausforderungen angegangen werden, wie z.B. der vollautomatische Betrieb sowie die Energie- und Leistungshochskalierung der Quellen.

Die Wissenschaftler von MBI, LLG und AFS folgten einem neuartigen Ansatz, indem sie 300 fs lange Impulse von einem hochenergetischen Hochleistungslasersystem direkt auf die Dauer von wenigen Zyklen komprimierten. Dies erfordert eine 30-fache Kompression, die erst seit kurzem durch die Einführung der gestreckten, flexiblen Hohlfasertechnologie möglich ist, die eine praktisch uneingeschränkte Längenskalierbarkeit bietet. In der Studie wurde ein kohärent kombinierter Mehrkanal-Faserlaser mit bis zu 10 mJ Impulsen bei bis zu 1 kW Durchschnittsleistung als Lichtquelle verwendet. Dieses System wird derzeit bei AFS für die große europäische Laseranlage ELI ALPS in Szeged, Ungarn, entwickelt. Bei der Pulskompression wurde eine 6 Meter lange, gestreckte, flexible Hohlfaser verwendet, die von MBI und LLG gemeinsam entwickelt wurde. Während sich die Impulse durch in den Hohlwellenleiter eingefülltes Argongas ausbreiten, findet eine nichtlineare Wechselwirkung zwischen dem intensiven Licht und den Gasatomen statt, die das Spektrum verbreitert. Die Impulse mit einem wesentlich verbreiterten Spektrum können dann auf eine kürzere Dauer komprimiert werden, indem ihre spektrale Phase mit einem Satz von gechirpten Spiegeln kompensiert wird. Auf diese Weise gelang es dem Team, multi-mJ, 10 fs Pulse mit 100 kHz Wiederholrate bei einer durchschnittlichen Leistung von 318 W zu erzeugen, was die höchste jemals erreichte Durchschnittsleistung eines Lasers mit wenigen Zyklen ist.

Diese Leistung zeigt, dass mit Hilfe der gestreckten flexiblen Hohlfasertechnologie Hochleistungslaser in Industriequalität in das wenig-Zyklus-Regime gebracht werden können. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für industrielle Anwendungen, wie z.B. die hochparallelisierte Materialbearbeitung.