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Optische Technologien: Jahrhundert des Photons
Der alte Herr, eine dicke Brille auf der Nase, nimmt ein winziges Mobiltelefon aus der Tasche. Die Gäste am Nachbartisch grinsen. Wie soll der wohl auf dem winzigen Bildschirm etwas erkennen oder gar auf den Tasten eine Nummer wählen?
Foto: Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik
Laser werden immer kleiner Foto: Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik
Ein Gesicht wird optisch gescannt
Aber siehe da, der alte Herr richtet sein Telefon auf die nahe Wand. Er drückt einen Knopf, und schon erscheint der Inhalt des Bildschirms auf der Wand. Mit den Fingern berührt er die projizierten Tasten, hält das Telefon ans Ohr und beginnt ein Gespräch.
Science Fiction? Keineswegs, als Zusatzgerät etwa in der Größe einer Zigarettenschachtel sind solche projizierten Tastaturen bereits erhältlich. Und die ersten Schritte zu Projektoren, die so winzig sind, dass man sie in Mobiltelefone einbauen kann, sind bereits geschafft. Als Lichtquellen kommen sowohl LEDs als auch extrem kleine Laser zum Einsatz. Deutsche Unternehmen haben hier derzeit die Nase vorn, wenn es darum geht, rotes, grünes und blaues Laserlicht für solche Pikoprojektoren zu erzeugen.
Umbruch bei der Beleuchtung
Und auch bei den größeren Beamern ersetzen immer häufiger LEDs die großen Projektionslampen. Längere Lebensdauern, eine geringerer Energieverbrauch und kompaktere Geräte sind die Folge. LED steht für Light Emitting Diode, auf deutsch auch Leuchtdiode. Es handelt sich dabei um ein elektronisches Bauelement, das Licht aussendet.
In einem LED wird elektrische Energie direkt ohne stärkere Wärmeentwicklung in Licht umgewandelt. LEDs, die heute nicht nur in vielen Verkehrsampeln leuchten, haben eine lange Lebensdauer und verbrauchen erheblich weniger Strom als Glühlampen. Bald werden sie in allen Lebensbereichen eingesetzt. Das spart nicht nur Geld, sondern schont auch die Umwelt.
Zukunft mit Lasern und Scannern
Auch Laserlicht lässt sich für Projektoren verwenden. Ein Laserprojektor, groß wie ein Stück Würfelzucker, projiziert ein scharfes, farbiges Bild. Die Laser selbst sind heute nur so groß wie ein Stecknadelkopf. Optische Linsen lassen sich herstellen, die nur Bruchteile von Millimetern groß sind.
Wie aber wählt man eine Telefonnummer, indem man nur die projizierte Tasten berührt? Tatsächlich lässt sich mit Licht die Bewegung der Finger auf der projizierten Tastatur registrieren oder scannen. Optische Scanner hat das IOF bereits entwickelt. Bisher können sie damit unter anderem komplizierte Werkstücke vermessen. Auch gibt es für die Anwendung in der plastischen Medizin Scanner, die ein Gesicht auf das Genaueste erfassen.
Derartige Systeme müssen nur noch verkleinert werden und schnell genug arbeiten, um Bewegung erfassen und interpretieren zu können.
All das sind Beispiele aus einem der interessantesten Innovationsfelder, den Optischen Technologien, international Photonik genannt. Andere Schlagworte sind tapezierbares Licht, Tapetenfernseher, optische Computer und so genannte minimal-invasive - also schonende - Operationsverfahren. Jedermann wird von den Optischen Technologien profitieren und sie nutzen.
Was versteht man unter Optischen Technologien?
Hohe Erwartungen an die Medizin
Licht benötigen wir zum Sehen. Entwicklungen der Optischen Technologien gestatten Einblicke in kleinste Dimensionen. So ermöglichen es spezielle Mikroskope, einzelne Körperzellen zu beobachten.
Licht kann aber auch schneiden und verbinden, und dies mit höchster Präzision. Optische Technologien sind schon heute aus der Medizin nicht mehr wegzudenken. Hohe Erwartungen gibt es an die Entwicklungen der Zukunft.
Optische Technologien in der Medizin
Strom aus Licht
Bisher sprachen wir bei LEDs und Lasern immer davon, dass Energie in Licht mit ganz bestimmten Eigenschaften umgewandelt wird. Auch der umgekehrte Prozess ist Gegenstand der Optischen Technologien: die Umwandlung von Licht in Energie.
Diese Technik, unter dem Begriff Photovoltaik eingeführt, bestimmt mehr und mehr die Diskussion um umweltfreundliche Energieerzeugung. Solarzellen erzeugen elektrischen Strom. Mit steigenden Kosten für die fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle sowie sinkenden Produktionskosten für Solarzellen wird diese Technik konkurrenzfähig.
Im Zuge einer neuen Forschungsinitiative des Bundesforschungsministeriums und der Industrie sollen neuartige Kunststoffsolarzellen entwickelt werden. Sie versprechen billiger, vielseitiger, großflächiger und leichter zu werden als die herkömmlichen anorganischen Bauelemente auf Siliziumbasis.
Mit 60 Millionen Euro fördert die Bundesregierung die "Organische Photovoltaik Initiative". Die beteiligten Unternehmen haben zugesagt, ihrerseits 300 Millionen Euro für Forschung und Entwicklung zu investieren.
Das ist nur ein Beispiel dafür, welche Bedeutung die Bundesregierung diesem Innovationsfeld zumisst. Wichtig sind Optische Technologien auch für neue Arbeits- und Ausbildungsplätze.
Licht schafft Arbeit und Wachstum
Industrieller Fortschritt durch Licht
In der industriellen Produktion werden Optische Technologien immer wichtiger. Insbesondere aus der Autoproduktion und der Entwicklung neuer Techniken für die Verkehrssicherheit sind optische Geräte nicht mehr wegzudenken. Auch die Herstellung von Computerchips mit immer kleineren Strukturen gelingt nur mit optischen Verfahren.
Optische Techniken in der industriellen Produktion
Licht ist das bestimmende Element unserer Zeit. Es beeinflusst unser Leben in einer Art und Weise, wie wir es uns selbst vor wenigen Jahrzehnten nicht hätten vorstellen können. Und die Möglichkeiten sind noch lange nicht erschöpft.
Licht wird in vollständig optischen Netzwerken die Informationstechnologie revolutionieren. Es wird chemische Prozesse so zu steuern helfen, dass damit ganz neuartige Moleküle für Arzneimittel entstehen.
Nur durch immer kurzwelligeres Licht in der so genannten Fotolithografie lässt sich die nächste Generation von immer kleineren Rechnerschaltkreisen schaffen. Licht verspricht auch neue fundamentale Erkenntnisse aus den Grenzbereichen der Naturwissenschaft, etwa in der Astronomie.