Wissen : Umweltsündern auf der Spur

TU-Wissenschaftler erproben neue Einsatzfelder für die Lasertechnik

Eick L

CD-Spieler, Scanner-Kassen oder Filme von der DVD: Aus der modernen Kommunikationstechnik sind Laser nicht mehr wegzudenken. „Heute erstreckt sich das Anwendungsspektrum über Telekommunikation, Informationstechnologie, Gesundheitswesen und Biowissenschaften, Beleuchtung und Umwelt, industrielle Fertigung, Messtechnik- und Sensorik sowie Forschung und Lehre", zählt Florian Kentischer auf, Koordinator des neu gegründeten Forschungsschwerpunktes Photonik an der TU Berlin. „Die technologische Beherrschung des Lichtes lässt erwarten, dass die Photonik gleichberechtigt neben die Elektronik tritt und mit dieser verschmilzt. Der Trend geht dahin, möglichst viele Aufgaben mit Licht – also mit Photonen – zu erledigen.“ Insgesamt dreißig Fachgebiete beteiligen sich an dem Forschungsschwerpunkt. Sie entwickeln beispielsweise die so genannten blauen Halbleiter-Laser für Unterhaltungselektronik.

„Noch dominieren in der Unterhaltungsindustrie die kompakten roten Laser. Doch mit dem blauen Laser, der Licht mit kürzeren Wellenlängen aussendet, können die Daten auf einer CD dichter geschrieben werden als bisher", berichtet Kentischer. Schon bald erwartet er die ersten Geräte im Fachhandel. „Blaue Laser sind noch zu teuer für preiswerte Massengeräte, aber das ist nur eine Frage der Zeit." Die Industrie hat die blaue Wellenlänge von 405 Tausendstel Millimetern bereits als Entwicklungsstandard eingeführt.

In einer anderen Arbeitsgruppe arbeitet die Physikerin Susanna Orlic-Elschner bereits an einem neuen Verfahren zur optischen Datenspeicherung, der so genannten mikro-holografischen Scheibe. Verschiedenfarbige Laser schreiben hierbei die Informationen in eine lichtdurchlässige Kunststoffscheibe in mehreren hauchfeinen Schichten übereinander. „Dadurch entsteht im Unterschied zur handelsüblichen Compact Disk ein dreidimensionaler Speicher, dessen Kapazität jetzt schon 100 Gigabyte erreicht. Das entspricht etwa 140 herkömmlichen CDs." Kentischer, der Forscher verschiedener Disziplinen an einen Tisch bringt, glaubt, dass die neue Speichertechnologie für die Industrie so lukrativ ist, dass sie bereitwillig größere Summen investieren wird.

Die TU kann bei ihren Forschungen zum Laser auf ein besonderes Geflecht an Instituten und Wissenschaftlergruppen bauen. Dabei kennen die Forscher kaum noch Grenzen. Ein von Physikern und Chemikern der TU entwickeltes Spezialgerät zur Messung von Schadstoffen kann sogar ins Meer abtauchen. „Neben den Grundlagen aus der Atomphysik und der Theorie des Lasers haben wir uns die Frage gestellt, ob Laser nicht auch im Umweltschutz nützlich sein können“, berichtet Heinz-Detlef Kronfeldt, Dozent am Optischen Institut der TU Berlin. „Dabei fanden wir heraus, dass sich mit Lasern bestimmte Schadstoffe im Wasser und in der Luft hervorragend sondieren und messen lassen.“

Mit Mitteln aus einem EU-Forschungsprogramm machten die TU-Wissenschaftler den Laser samt der Auswerteeinheit hochseetauglich. „Unsere türkischen Partner haben ein großes Interesse, den Bosporus zu überwachen“, nennt Kronfeldt ein Beispiel für den Bedarf. „Unsere Lasersonden liefern innerhalb von Sekunden eine Aussage über die Konzentration bestimmter aromatischer Kohlenwasserstoffe, die bei Verbrennungsprozessen oder durch Mineralöle anfallen. Man erkennt sofort, ob ein vorbeifahrendes Schiff ein Leck aufweist oder Schadstoffe ablässt.“ Hierzu mussten die TU-Forscher ihre Laboranlage, die einen ganzen Raum füllt, verkleinern und druckdicht absichern. Das feine, komplizierte System kann eine Wassertiefe von bis zu 2000 Metern aushalten.“ Die TU-Forscher nutzen den so genannten Raman-Effekt, bei dem ein Laser die Schadstoffmoleküle energetisch anregt, eine eigene Strahlung abzugeben. Diese Strahlung wird anschließend im Spektrometer auf ihre typischen Eigenheiten hin untersucht. Kronfeldt denkt schon weiter: „Jeder Schadstoff hinterlässt im Meerwasser seinen eigenen, unverwechselbaren Fingerabdruck.“

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