Stahlschneidende Strahlkraft

06.03.2018

Extrem fokussierte Laserstrahlen aus der Glasfaser sind Valerio Romanos Spezialgebiet. Er hat mit seinen Forschungspartnern in den letzten Jahren ein völlig neues Verfahren zur Herstellung solcher Faserlaser entwickelt. Schlüsselelement ist ein spezielles Pulver.

In Valerio Romanos Büro stehen Fläschchen auf dem Fenstersims, die es in sich haben. In dem einen eine galertartige durchsichtige Flüssigkeit, in einem anderen ein weisses Pülverchen. Sie sind der ganze Stolz des Professors für Angewandte Photonik und das Resultat jahrelanger Forschungsarbeit am Institut für Applied Laser, Photonics and Surface Technologies (ALPS) der Berner Fachhochschule (BFH) in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Physik (IAP) der Universität Bern. Valerio Romano leitet das gemeinsame Kompetenzzentrum für Fasern und Faserlaser, welches aus zwei Labors besteht: eines in Bern am IAP und eines in Burgdorf am ALPS. Die Aufgabenteilung besteht weitgehend darin, dass am IAP grundlegende Untersuchungen an Fasern gemacht sowie neue Faserlasersysteme konzipiert werden, während am ALPS deren Integration in Maschinen studiert und durchgeführt wird.

Internet-Technik ist «langweilig»

Doch zurück zum Pülverchen. Was darin steckt? Silizium, Aluminium und Bruchteile seltener Erde(n), in diesem Falle Ytterbium. Was daraus gemacht wird? Eine Glasfaser, dünn wie ein Haar, mit der ganz speziellen Eigenschaft, Laserstrahlung generieren zu können. Nicht aus dem Nichts natürlich.

Valerio Romano führt ins angrenzende Labor und erklärt: «Gespeist oder gepumpt, wie wir sagen, wird der Faserlaser mit Hilfe eines Diodenlasers. Dieser wandelt Elektrizität sehr effizient in Lichtenergie um.» In der Faser werde dann das Pumplicht geleitet und im Kern der Glasfaser dank der Impfung mit seltenen Erden in Licht einer anderen Wellenlänge mit hoher Qualität umgewandelt. Das neu erzeugte Licht werde in der Glasfaser geleitet, verstärkt und nach der Faser fokussiert. «Diese Verstärkung und somit Intensität im Fokus kann so stark sein, dass damit beispielsweise Stahl geschnitten werden kann.» Vor diesem Hintergrund findet Romano das Senden von Pulsen von A nach B in einer Glasfaser, wie dies beim Internet geschieht, längst «langweilig». Hier geht es um viel mehr. Man spricht von aktiven statt passiven Glasfasern.

Glasfaser von höchster Reinheit

Romano hat zwar weder die Eigenschaften von Ytterbium und anderen seltenen Erden entdeckt noch den Faserlaser erfunden. Nein. Aber er hat zusammen mit seinem Physiker-Kollegen Thomas Feurer von der Uni Bern und Sönke Pilz von der BFH die Art, wie man eine Glaserfaser produziert, auf den Kopf gestellt. Im traditionellen Verfahren werde eine zylinderförmige Vorform aus Glas durch Verdampfung innen mit den seltenen Erden dotiert, sprich geimpft, und dann bei 2000 Grad kollabiert, erklärt er. «Damit erreichtman unbestritten Glasfasern von höchster Reinheit, mit denen ein Signal selbst über 100 Kilometer praktisch verlustfrei gesendet werden kann. Aber das Verfahren schränkt einen in der Wahl der Materialien und Formen ein.» Romano und seine Forschungspartner entschieden deshalb vor über zehn Jahren, die Glasfaser aus einer pulverbasierten Vorform herzustellen, wobei das Pulver in ein Röhrchen aus hochreinem Glas gefüllt und dann geschmolzen wird, um schliesslich zu einer haardünnen dotierten Glasfaser gezogen zu werden. Das ist ihnen in jahrelanger Entwicklungs- und angewandter Forschungsarbeit gelungen. Dabei seien sowohl die Unterstützung durch den Schweizerischen Nationalfonds (SNF) für die Erarbeitung der Grundlagen, wie derjenige der Kommission für Technologie und Innovation KTI (seit 1. Januar Innosuisse) sehr wertvoll und entscheidend gewesen.

ganzer Artikel | Bieler Tagblatt von Janosch Szabo

Prof. Dr. Valerio Romano

Institute for Applied Laser, Photonics and Surface Technologies - ALPS

Forschungsgruppe: Applied Fiber Technology

T +41 34 426 42 54

Pestalozzistrasse 20
CH-3400 Burgdorf