Zukunftsfeld Photonik Aus Deutschlands Osten kommt das Licht

Forscher und Entwickler haben sich ein hohes Ziel gesteckt: Das 21. Jahrhundert soll zur Ära der optischen Technologie werden. Für die Wirtschaft birgt das immense Chancen – die Chancen stehen gut, dass der künftige Gigant der Branche aus Deutschland kommt.

Von Michael O. R. Kröher


Die optischen Technologien halten ihre ahnungslosen Nutzer zum Narren. Sie sind überall: daheim im DVD-Spieler, im Supermarkt in den Lesegeräten an der Kasse, im Büro im Drucker des PCs. Doch man kann sie nicht sehen – was paradox klingt und das menschliche Vorstellungsvermögen leicht übersteigen kann. Schließlich glauben wir, dass alles, was "optisch" im Namen trägt, auch zu sehen sein sollte.

Forschung im Institut für Photonische Technologien (IPHT) Jena: Rosige Zeiten für Deutschland?
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Forschung im Institut für Photonische Technologien (IPHT) Jena: Rosige Zeiten für Deutschland?

Weit gefehlt. Optische Technologien arbeiten heute meist unsichtbar. Im Innern der CD- und DVD-Lesegeräte, die längst zur Standard-Hardware jedes PCs gehören, die fürs Heimkino sorgen und unsere Wohnzimmer zu Konzertsälen machen können, tastet ein Laserstrahl Signale ab, die als winzige, nur wenige Mikrometer kleine Flecken auf einer spiralförmigen Bahn in ein stark reflektierendes Trägermedium eingebrannt sind. Aus dem Reflexionsmuster – zurückkommendes Licht steht für "1", absorbiertes für "0" – entsteht eine Art "digitales Morsealphabet", das zunächst in elektrische Signale, dann von den Prozessoren in Milliardstelsekunden in komplette Datensätze umgesetzt wird – etwa von Musikstücken, von wissenschaftlichen Messreihen, von Excel-Tabellen, Word-Dokumenten oder von Anwenderprogrammen.

Das "Brennen" funktioniert genau umgekehrt. Hier schreibt der Laserstrahl das "digitale Morsealphabet" in die optisch empfindliche Trägersubstanz der CD oder DVD ein (diese unterscheiden sich durch ihren technischen Standard, also durch die Größe und den Abstand der Flecken, durch die Krümmung der Spiralbahn).

An der Supermarktkasse "scannt" ein schwacher Laserstrahl die 86 Strichcodes von den Verpackungen ab und erstellt daraus ähnliche "digitale Morsezeichen". Die Computerkasse verknüpft diese Signale, die ihr vom Lesekopf des "Scanners" in der Hand der Kassiererin übermittelt werden, blitzschnell mit dem Preis der jeweiligen Ware, der in der Festplatte des Rechners gespeichert ist. Moderne Scannerkassen können auch gleich dem Zentralrechner des Supermarkts melden, welche Nudel-, Marmeladen- oder Mehlsorte gerade verkauft wurde. Der zieht den Posten von den Lagerbeständen ab, die er in seiner Festplatte gespeichert hat – und kann so dem Geschäftsführer auf dessen Nachfrage jederzeit Auskunft geben, wie viele Packungen Spaghetti, Gläser mit Erdbeermarmelade und Tüten mit Vollkornmehl noch vorrätig sind.

Laser ist heute ein so gebräuchliches Wort, dass sein Ursprung als Akronym: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ("Lichtverstärkung durch stimulierten Strahlungsausstoß") schon fast vergessen ist. Die Technik basierte ursprünglich und grob gesagt auf einer Verstärkung von extrem einfarbigem ("monochromatischem") und "kohärentem" Licht – also von elektromagnetischen Schwingungen, die nur auf einer genau definierten Wellenlänge und obendrein nur auf einer Phase schwingen, und das in einem Frequenzbereich, der vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann. Diese Gleichrichtung bewirkt eine Erhöhung der Schwingungsamplitude und verstärkt damit den ausgesandten Strahl. Natürliches Licht schwingt hingegen auf einer Vielfalt von Wellenlängen, die je nach Mischung unterschiedliche Farben annehmen können, obendrein in allen denkbaren Schwingungsphasen.

Die Lichtimpulse eines Lasergerätes können – je nach Verstärkungsgrad – sehr viel potenter sein als die harmlosen Strahlen in CD- oder DVD-Spielern. Sie können Werkstücke verschweißen und Stäube zu Festkörpern "versintern". Sie können massive und härteste Materialien so präzise schneiden wie ein Chirurgenskalpell, sie können Materie verdampfen lassen – und damit etwa bei medizinischen Eingriffen krankhaftes Gewebe entfernen.

Dasselbe Prinzip der Strahlungsverstärkung und Kohärenz wird inzwischen auch bei infrarotem und ultraviolettem Licht sowie bei elektromagnetischen Wellen im Röntgen-Bereich angewendet. Diese fälschlicherweise als "Röntgen-Laser" (Das "L" für "Licht" hat hier kein technisches Pendant, die Apparate müssten konsequenterweise "Raser" heißen. Auch das erste "R" stünde hier für "Radiation ", also für Röntgenstrahlung.) bezeichneten Geräte können etwa zum Vermessen von Proteinmolekülen eingesetzt werden.

Zu den optischen Technologien zählen neben den verschiedenen Laser-Verfahren auch

• die vielen Formen von LED ("Licht emittierende Dioden"), also von unverstärktem Licht aus Halbleitern (die gebräuchlichsten Laser basieren auch auf LEDs, verstärken jedoch deren Licht massiv),

• Displays (Plasma-Bildschirme und LC-Displays, also Liquid Crystal, Flüssigkristalle; künftig auch "organische" LEDs, genannt Oleds, die auf den Kunststoffmolekülen, "Polymeren" der "organischen " Chemie beruhen),

• die industrielle Bildverarbeitung, etwa in den optischen Sensoren von Produktionsrobotern,

• die "Productronic", also die "lithografischen" Verfahren zur Herstellung von Mikrochips und anderen elektronischen Bauteilen.



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