Die Laserzauberer von Bern

12.10.2017

Forschende des Institut für Angewandte Physik IAP der Universität Bern, dem Institute for Applied Laser, Photonics and Surface Technologies der Berner Fachhochschule sowie wissenschaftlichen Partnern aus Südkorea entwickelten neuartige Glasfasern für hocheffiziente Lasertypen. Die industrielle Umsetzung erfolgt in Zusammenarbeit mit einem KMU in der Schweiz und einem Konzern in Südkorea.

Thomas Feurer ist überzeugt: «War das 20. Jahrhundert dasjenige der Elektronik, wird das 21. Jahrhundert dasjenige der Photonik werden.» Tatsächlich bildet die Photonik sowohl als Wissenschaft wie als Technologie die Grundlage der modernen Informationsgesellschaft. «Nehmen wir nur die Glasfaser. Sie ist heute das unverzichtbare Rückgrat des Internets», erläutert der Physiker. Glasfasern bestehen aus Quarzglas und dieses besitzt für die industrielle Verarbeitung sehr praktische Eigenschaften: Wird Quarzglas nämlich auf 2000 Grad Celsius erhitzt, erhält es eine Konsistenz wie Honig. Dann kann das Glas in jene haardicken Fäden gezogen werden, die Licht leiten oder Informationsdaten übertragen. «Die passiven Glasfasern wurden in den letzten zehn Jahren durch verschiedene Tricks weitgehend optimiert. Heute geht es noch darum, die Datenraten durch die Glasfasern zu erhöhen.» Das ist es nicht, was den Physiker und Laserspezialisten Feurer interessiert.

Faserlaser als Ziel der Grundlagenforschung...

Parallel zur Optimierung der passiven Glasfaser hat sich in den letzten Jahren ein Feld entwickelt, das auf Glasfasern fusst: die Glasfaserlaser. Diese Laser sind besonders interessant, weil sie sehr hohe Leistungen mit einer ausgezeichneten, gerichteten Strahlqualität kombinieren und insgesamt einen guten Wirkungsgrad haben, also energieeffizient sind. «Aus theoretischer Sicht kann man heute Faserlaser entwickeln, die fast 100 Kilowatt Leistung emittieren», schwärmt Thomas Feurer. «Wir arbeiten im Kanton Bern mit einer Firma zusammen, die mit fünf Kilowatt Laserleistung heute zwei Zentimeter dicken Stahl schneiden kann. Jetzt stellen Sie sich mal vor, sie hätten 100 Kilowatt Laserleistung zur Verfügung!» Am Horizont erscheinen neuartige Anwendungsmöglichkeiten, nicht zuletzt in der gerichteten Kommunikation von A nach B über grosse Distanzen. Für Faserlaser sind spezifische Glasfasern nötig. Sie müssen mit verschiedenen chemischen Elementen «dotiert», also geimpft, sein. Diese Elemente sind für die aktiven, lichtverstärkenden Lasereigenschaften verantwortlich. Und hier beginnen die Schwierigkeiten: Wie schafft man es, in das Quarzmaterial die entsprechende Dotierung einzubringen? Nicht zufällig, sondern in präzisen Mengen und genauen Mischungsverhältnissen? «Die Eigenschaften eines aktiven Faserlasers hängen von verschiedenen Parametern ab. Die Qualität des Glases ist ein Faktor. Die Menge und Zusammensetzung der verwendeten Zusatzstoffe sind weitere Faktoren», erläutert Thomas Feurer und lächelt. Zu Recht, denn zusammen mit seinem Team und seinem Partner Valerio Romano von der Berner Fachhochschule hat er die richtigen Mischungsverhältnisse für verschiedene Eigenschaften ergründet und getestet.

ganzer Artikel | von Marcus Moser in UniPress September 2017

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Instititute for Applied Laser, Photonics and Surface Technologies  ALPS

Forschungsgruppe

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