Forschung Aktuell

 Wissenschaftsdienst
Jg. 5, Nr. 2, Juni 2004

TU Berlin Wissenschaftsdienst der TU Berlin
Ausgabe Jg. 5 / Nr. 2 / Juni 2004

Photonik
Licht ist ein Alleskönner

Mit der Zukunftstechnologie des 21. Jahrhunderts, der Photonik, beschäftigt sich an der TU Berlin ein interdisziplinärer Forschungsschwerpunkt. TU-Forscher bauten ein weltweit einmaliges laserspektroskopisches Messgerät zur Überwachung der Wasserqualität an Küstengewässern. 

Glasfaserkabel
Die optische Übertragungstechnik insbesondere mittels Glasfasern ist der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe photonische Kommunikations- und Datentechnologien.

Foto: Deutsche Telekom AG
Abdruck honorarfrei. Beleg erbeten.

Die Photonik ist eine der wichtigsten Zukunftstechnologien des 21. Jahrhunderts und wird einen ähnlichen Stellenwert einnehmen wie die Elektronik heute. Vieles, was mit Licht besser machbar ist, wird in Zukunft "photonisch" gelöst werden. Die Photonik hat bereits heute einen festen Platz im täglichen Leben, oft ohne dass wir uns dessen bewusst sind, so zum Beispiel bei der optischen Datenspeicherung auf CD und DVD. In der Datenkommunikation und Informationstechnik können durch Licht nicht nur höhere Datenübertragungsraten erzielt werden. Durch innovative Techniken werden ganz neue Anwendungen überhaupt erst möglich gemacht. 

Unter dem Begriff "Photonik" werden Technologien zusammengefasst, die auf Licht beruhen. Licht verhält sich einerseits wie eine elektromagnetische Welle, wie zum Beispiel Radiowellen, es hat aber auch Teilchencharakter. Diese Lichtteilchen werden in der Sprache der Physiker als Photonen bezeichnet, und so ist das Wort "Photonik" in Analogie zur Elektronik zu verstehen, wo die Technologie auf Elektronen basiert.

Licht ist universell einsetzbar, wobei sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 380-780 Nanometern nur einen winzigen Bruchteil des elektromagnetischen Spektrums ausmacht. Dementsprechend reicht der Anwendungsbereich photonischer Technologien von der Beleuchtung, Messtechnik, Sensorik und Datenkommunikationstechnik über Gesundheitswesen und Biowissenschaften hinaus bis zur industriellen Fertigung. Der Laser nimmt dabei als Lichtquelle wegen seiner herausragenden Eigenschaften wie hohe Leistungsdichte, spektrale Reinheit und Kohärenz eine Schlüsselstellung ein. Als Werkzeug ist der Laserstrahl nahezu trägheitslos und damit schnell und mit höchster Präzision zur Materialbearbeitung nutzbar - zum Löten, Schweißen, Schneiden und Bohren selbst härtester Materialien. Wegen der guten Fokussierbarkeit von Laserstrahlen sind dabei Dimensionen bis in den Submikrometerbereich erreichbar. 

Unterwasserspektrometer
Mit dem meerestauglichen Unterwasserspektrometer kann die Wasserqualität von Küstengewässern untersucht werden. Hier wird es am Bosporus getestet.

Foto: Martin Maiwald
Abdruck honorarfrei. Beleg erbeten.

Viele der genannten Arbeitsgebiete sind durch Professoren der TU Berlin an der Universität kompetent vertreten. Um diese Kompetenz zu bündeln, wurde an der TU Berlin, die über eine lange Tradition auf den Gebieten der optischen Technologien verfügt, 2002 ein interdisziplinärer Forschungsschwerpunkt "Photonik" gegründet. 25 Professoren aus fünf Fakultäten schlossen sich zusammen. Damit trägt die TU Berlin der Bedeutung dieser Zukunftstechnologie Rechnung. Der Forschungsschwerpunkt ist gleichzeitig Schnittstelle zum regionalen und industrienahen Kompetenznetzwerk OptecBB, einem Verbund von Firmen und Instituten im Bereich optischer Technologien, und zur Industrie selbst. 

Aufgrund seiner interdisziplinären Ausrichtung deckt der Forschungsschwerpunkt ein breites Spektrum an Arbeitsgebieten ab, die in vier Arbeitsgruppen untergliedert wurden: mikrooptische und spektrometrische Sensorik, Materialbearbeitung und Strukturierung mit Lasern, energieeffiziente und umweltfreundliche Beleuchtung sowie optische Kommunikation- und Datenspeicherung. 

Der Arbeitskreis Sensorik stellt die größte Gruppe und befasst sich mit der Erforschung, Entwicklung und Erprobung neuer optischer und spektroskopischer Messverfahren, vorwiegend aus den Bereichen Bio- und Medizintechnik, Umwelttechnik, Lichttechnik, Astrophysik, Höchstfrequenztechnik und Bauwesen. So wurde z.B. im EU-geförderten Forschungsprojekt "MISPEC" ein weltweit einmaliges laserspektroskopisches Unterwassermessgerät zur Überwachung der Wasserqualität von Küstengewässern gebaut, das seinen Einsatz "in-situ", d.h. vor Ort im Meer kürzlich in der Ostsee, dem Atlantik und dem Bosporus erfolgreich bestanden hat. Photoniker der TU Berlin haben dabei den Raman-Sensor gebaut, die Hydrodynamik der Sensoren untersucht und das Projekt geleitet. 

In der Arbeitsgruppe Materialbearbeitung und Strukturierung mit Lasern konzentrieren sich die Arbeiten unter anderem auf Füge- und Beschichtungsverfahren mit Lasern, dazu zählt z.B. das Laser-Weichlöten, denn nach neuesten EU-Richtlinen muss die Industrie auf bleifreie Lote umstellen, die einen höheren Schmelzpunkt haben. Zum anderen werden abtragende Verfahren erforscht wie Schneiden, Strukturieren, Laserstrahlreinigung, um nur einige zu nennen.

Mit der Entwicklung neuer Lichtkonzepte, die den geänderten Energie-, Umwelt- und Gesundheitsanforderungen gerecht werden, befasst sich die Arbeitsgruppe Beleuchtung. Hierbei geht es um die Einsparung von Energie durch Nutzung von Tageslicht über geeignete Lichtleitsysteme und die Entwicklung neuer Lampen, die auf Quecksilber verzichten und sich durch eine höhere Lichtausbeute auszeichnen.

Die optische Übertragungstechnik insbesondere mittels Glasfasern ist der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe photonische Kommunikations- und Datentechnologien. Der unstillbare Datenhunger der sich rasant entwickelnden Kommunikationstechnik erfordert allerdings nicht nur eine weitere Erhöhung der Datenübertragungsraten, es werden auch für die drahtlose Vernetzung und die anspruchsvoller werdenden Geräte schnelle optische Schalter, Sende- und Empfangsmodule benötigt.

Über die Forschung hinaus wird im Rahmen des Forschungsschwerpunktes "Photonik" an der TU Berlin bereits im zweiten Jahr zusammen mit einer französischen und einer italienischen Hochschule ein internationaler Master-Studiengang "Master of Science in Optics for the Information Society" durchgeführt. 

Datenbank

Ansprechpartner: Prof. Dr. Hans Joachim Eichler und Dr. Heinar Schmidt
Kontakt: Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften, Optisches Institut, Straße des 17. Juni, 10623 Berlin, Prof. Dr. Hans Joachim Eichler: Tel.: 030/314-22498, E-Mail: eichler@tu-berlin.de, Dr. Heinar Schmidt, Tel.: 030/314-24714, heinar@physik.tu-berlin.de 
Projekt: Forschungsschwerpunkt Photonik an der TU Berlin 

Download des Textes als .rtf-Datei, Fotos (300 dpi) als .zip-Datei