Ein von Forschern des National Institute of Standards and Technology (NIST) in den Vereinigten Staaten entwickeltes Spektroskopieverfahren kann mit Hilfe eines Laserresonanzkörpers ein einzelnes Atom aus einem Hintergrund von mehr als 10 Billionen nachweisen. Das kompakte Gerät soll nach dem Willen des kommerziellen Partners schon innerhalb der nächsten Jahre für so unterschiedliche Aufgaben wie Untersuchungen der Gaszusammensetzung der Atmosphäre oder das Aufspüren von Minen anhand ihrer Ausdünstungen eingesetzt werden.
Der von Jun Ye und seinen Kollegen entwickelte Resonator besteht im Wesentlichen aus einer an beiden Öffnungen verspiegelten Röhre, die durch zwei Schleusen mit Gas gefüllt werden kann. Da die Spiegel eine Reflektivität von knapp unterhalb 100 Prozent besitzen, kann ein Infrarotlaserstrahl in die Röhre eingeschleust werden, dessen Photonen dann viele Male zwischen den Spiegeln hin- und hersausen, bevor sie die Röhre verlassen und auf einen Detektor treffen.
Bei ihrem mehrmaligen Durchgang durch das in die Röhre eingeschlossene Gas können die Photonen von Atomen oder Molekülen absorbiert werden, was sich durch eine geringere Lichtintensität am Ort des Detektors bemerkbar macht. Auf diese Weise lassen sich selbst kleinste Mengen von Stoffen nachweisen, wenn diese das Infrarotlicht absorbieren.
Obwohl dieses Konzept seit vielen Jahren wohlbekannt ist, stellt die Arbeit von Ye einen Durchbruch in der Herstellung kompakter Sensoren dar ? die Empfindlichkeit seines Resonators ist um etwa einen Faktor 1000 höher als die bisheriger auf optischen Methoden basierender Gassensoren. Die genauen Gründe für diese Verbesserung sind aus patentrechtlichen Gründen derzeit noch nicht veröffentlicht, doch scheint eine Unterdrückung von Störsignalen durch eine computergesteuerte, periodische Veränderung der Frequenz des Infrarotlichts wenigstens zum Teil dafür verantwortlich zu sein.
Stefan Maier
