„Jahr des Lichts“ 2 - Starke Photonik-Forschung in Österreich

Wien (APA) - Auch in Österreich gibt es im weiten Bereich der Photonik starke Forschungsgruppen: Zur Weltspitze zählen etwa die Quantenphysiker und -optiker von den Unis Wien und Innsbruck, Technische Universität (TU) Wien und Akademie der Wissenschaften. Mit Hilfe von Photonen untersuchen sie verblüffende quantenphysikalische Phänomen.

Dabei handelt es sich nicht nur um reine Grundlagenforschung. Das zeigen potenzielle Anwendungen wie die absolut abhörsichere Informationsübermittlung mittels Quantenkryptographie oder auf Photonen beruhende Konzepte für einen künftigen Quantencomputer.

In der optischen Nachrichtenübermittlung laufen mittlerweile mehr als ein Terabit an Daten durch Glasfaserkabel - eine unvorstellbare Menge, die aber nach wie vor nicht ausreicht. Im Labor schafft man mittlerweile, 26 Terabit pro Sekunde auf einem Laserstrahl zu transportieren, das entspricht der Datenmenge Hunderter DVD. Wiener Physikern ist kürzlich die erstmalige Übertragung von verdrehtem Licht („twisted light“) über große Distanzen durch bewegte Atmosphäre gelungen. Mit dieser besonderen Lichtform kann die Zahl der Datenübertragungskanäle drastisch erhöht werden.

Forscher der Uni Graz und der TU Wien versuchen im Spezialforschungsbereich „Next Lite“ Licht in winzige Strukturen zu zwängen, es damit zweidimensional zu machen und damit superschnelle Computer und hochempfindliche Sensoren zu generieren. Grundlage dafür sind sogenannte Plasmonen. Das sind kollektiv schwingende Elektronenwolken an den Oberflächen metallischer Nanostrukturen, die optische und elektronische Vorteile kombinieren und viele Informationen auf engstem Raum mit Lichtgeschwindigkeit übertragen können.

Mit dem Laser wurde Licht zu einem vielfältigen Werkzeug - und könnte selbst fachlich entfernte Gebiete revolutionieren. So wird nach Ansicht Karl Unterrainers selbst im Maschinenbau der Laser eine große Rolle spielen, „die Zukunft liegt dort im 3-D-Lasersintern“. Dabei stellen Laser räumliche Strukturen, etwa eine Turbinenschaufel, durch Sintern aus einem pulverförmigen Ausgangsstoff her.

Ein riesiges Einsatzgebiet zeichnet sich für Laser im Bereich Sensorik ab. Weil es überaus verlockend ist, verschiedenste Analysen berührungslos mit Licht durchzuführen - ähnlich dem „Tricorder“ aus der „Raumschiff Enterprise“-Serie -, wird viel auf diesem Gebiet geforscht. Vielversprechend sind hier Quantenkaskadenlaser, die sich durch ihre Kompaktheit von nur wenigen Millimeter Größe, Effizienz und Leistungsfähigkeit auszeichnen. Sie bestehen aus maßgeschneiderten Halbleiterschichten im Nanometerbereich, die Laserlicht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren und auch als Detektor fungieren können.

Ein zweites großes Forschungsfeld im Laserbereich sind Ultrakurzpulse. An der TU Wien wurde das Gebiet der Attosekundenphysik geboren, in dem extrem kurze Lichtblitze erzeugt werden, die nur Attosekunden (eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde) lang sind. Damit lassen sich Vorgänge wie die Bewegung von Atomen und Elektronen beobachten. Auf diese Weise soll an der TU Graz auch der Zeitablauf der atomaren Bewegung in Molekülreaktionen erfassbar werden.

Die sehr kurzen Laserpulse gepaart mit hoher Intensität und Fokussierung auf kleinste Flächen erobern immer mehr Arbeitsbereiche. Dies ermöglicht tief in Materialien, selbst in menschlichem Gewebe zu manipulieren, etwa zu schneiden oder zu schmelzen, ohne Umliegendes zu beschädigen. Das Vorarlberger Unternehmen High Q Laser, mittlerweile Teil der US-Firma Spectra-Physics, ist europäischer Marktführer für Ultrakurzpuls-Laser. Kaum ein Gerät für Augenoperationen kommt ohne Laser aus Vorarlberg aus, weitere Anwendungsgebiete sind die Herstellung von Medizinprodukten wie Stents oder die Bearbeitung von gehärtetem Glas etwa von Handys oder Tablets.

„Während das 20. Jahrhundert durch Glühbirnen erleuchtet wurde, geschieht dies im 21. Jahrhundert durch LEDs“, erklärte das Nobelpreiskomitee bei der Vergabe der Physik-Nobelpreise 2014 an die Entwickler der blauen Leuchtdioden. Auch Unterrainer ist überzeugt, dass die neue Lichttechnologien „unser Leben massiv verändern werden, weil man damit ganz andere Architekturen und Gerätedesigns zulässt“. Denn die neuen Leuchtmittel benötigen kaum noch Platz, entwickeln nur wenig Wärme und haben sehr lange Lebenszeit. Deshalb könne man LEDs auf sehr kompakten Raum verbauen.

Schon lange erkannt haben dieses Potenzial heimische Unternehmen wie Zumtobel oder Bartenbach. Der börsennotierte Vorarlberger Leuchtenhersteller Zumtobel erreichte zuletzt einen Jahresumsatz von 1,25 Mrd. Euro und steckte 72 Mio. Euro in Forschung und Entwicklung. Viel kleiner, aber ebenso innovativ ist das Tiroler Familienunternehmen Bartenbach, das sich mit teilweise ungewöhnlichen Kunst- und Tageslichtprojekten international einen Namen gemacht hat.

(S E R V I C E - Internet: http://www.light2015.org/)

~ WEB http://www.unesco.org/new/en/ ~ APA118 2015-01-16/09:54