der PHYSIK KLÖ GT J als internationaler Treffpunkt...Ihre Wissen-schaftlerinnen, Physiker, Ingenieure und Mathematiker verknüpfen Grund-lagen- mit anwendungsnaher For-schung mittels

Zum größten europäischen und weltweit zweitgrößten Physikkongress des Jahres treffen sich vom25. bis 29. Februar 2008 rund 5000 Fachleute an der Technischen Universität Berlin.Schwerpunkte der Tagung sind Festkörperphysik und Materialforschung. Darüber hinaus reichtdas Spektrum von der biologischen Physik über die Physik im Schulunterricht bis zur Rüstungskontrolle.

Öffentliche Vorträge von Nobelpreisträgern an der URANIAim Rahmen der Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG)an der Technischen Universität Berlin An der Urania 17, 10787 Berlin, Eintritt frei

Montag, 25. Februar 2008, 20:00 Uhr

Gerhard Ertl, Chemie-Nobelpreisträger 2007 Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin

Reaktionen an Festkörper-Oberflächen: Vom Atomaren zum Komplexen

Für seine Arbeiten über chemische Reaktionen an der Oberfläche fester Materialien erhielt Gerhard Ertl im Dezember 2007 denNobelpreis für Chemie. Solche Reaktionen werden in Gestalt der „Katalyse“ unter anderem von der chemischen Industrie genutztoder um Düngemittel herzustellen.

Mittwoch, 27. Februar 2008, 20:00 Uhr

Peter Grünberg, Physik-Nobelpreisträger 2007 Forschungszentrum Jülich

Vom Riesenmagnetowiderstand zur Computerfestplatte

Grünbergs Arbeiten über magnetische Materialien setzten in den 1990er-Jahren eine Revolution im Bereich der Magnetspeicher inGang. Er und Albert Fert wurden im Dezember 2007 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Tagungsleiter: Professor Dr. Eckehard Schöll, TU Berlin, Institut für Theoretische PhysikWeitere Informationen: http://berlin08.dpg-tagungen.de/

Ein FESTder PHYSIKBerlin als

internationaler Treffpunkt

KLÖGTJberl

inGTJ

NANOPHOTONIKNANOPHOTONIKNR . 52 · J AHRGANG 24 · F EBRUAR 2008 · TU BERL IN

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2 Im Zeitalter des PhotonsOptische Bauelemente treiben die wirtschaftlichen Entwicklungen des 21. Jahrhunderts voran

6 Blendende Aussichten für die ForschungDas MONA-Projekt: Leitlinien der künftigen Förderung

8 »Wir brauchen jemanden wie Steve Jobs«Im Interview: Tom Pearsall, Generalsekretär des Konsortiums der europäischen Photonikindustrie in Paris

10 Leuchtturm der Nanophotonik in BerlinDie Deutsche Forschungsgemeinschaft investiert elf Millionen Euro in den neuen Sonderforschungsbereich

12 Aufputschmittel für das LichtOptische Verstärker für das 100-Gigabit-Ethernet

14 Formel Licht auf der DatenautobahnDie Firma VI Systems entwickelt schnelle Schalter mit Licht

16 Brillante Farben für Laser-TVDer Farbzauber fängt erst richtig an, wenn Laser ins Spiel kommen

17 »Unterwegs zu den Lasern der nächsten Generation«Im Interview: Dr. Wilhelm Kaenders, Vorstandsvorsitzender der TOPTICA Photonics AG

19 »Immer mehr Hersteller werden diesen Weg gehen«Im Interview: Peter Leibinger, Stellvertretender Vorsitzender des Laserherstellers TRUMPF GmbH

20 Schweres Gerät wird ausrangiertKompakte Laserprojektoren erlauben ungeahnte optische Effekte

22 »Wir richten uns auf globale Zukunftsmärkte«Im Interview: Dr. Uwe Strauß, Leiter der Laserentwicklung bei OSRAM Opto Semiconductors

24 Mit Licht gegen VirenNeue Leuchtdioden für UV-Strahlung reinigen Wasser

26 Neue Nischen mit LasernDie Firma Lumics entwickelt Laser für industrielle Anwendungen

28 Werkzeug von höchster PräzisionPhotonic Band Crystals lassen einen Quantensprung im Laserschweißen erwarten

30 Fackelträger im DatentunnelEin einzelnes Photon steckt Hackern ein Licht auf und schlägt Schnüfflern ein Schnippchen

33 Der Sonderforschungsbereich im Überblick

36 Impressum

Inhalt»

TU BERLIN FORSCHUNG AKTUELL 2008 NANOPHOTONIK 1

Zu Beginn des Jahres 2008 habender neue Sonderforschungsbe-reich »Halbleiter–Nanophoto-

nik: Materialien, Modelle, Bauele-mente« und ein integriertes Graduier-tenkolleg in Berlin und Magdeburg ihreArbeit aufgenommen. Unter diesemDach forschen mehr als 100 Wissen-schaftlerinnen und Wissenschaftler anneuartigen photonischen Bauelemen-ten, Nanomaterialien und deren mathe-matischen Modellen.

Über die erste Laufzeit von vier Jah-ren fließen von der Deutschen For-schungsgemeinschaft knapp 11 Millio-nen Euro Drittmittel in das Netzwerk.Geplant ist eine Gesamtlaufzeit vonzwölf Jahren mit einem Gesamtförder-volumen von zirka 35 Millionen Euro.Weitere Fördergelder gaben das LandBerlin und die Europäische Union, mitdenen wettbewerbsfähige Infrastruktu-ren aufgebaut werden konnten.

Damit wird Berlins Stellung alsführender Halbleiter-Photonik-For-schungsstandort in Deutschland undEuropa entscheidend gefestigt und esentstehen beste Bedingungen für ein in-ternationales Leuchtturmprojekt, dasauf eine beachtliche wissenschaftlicheExpertise in der Region zurückgreifenkann.

Einzigartig ist die Verbindung vonGrundlagenforschung an den Univer-sitäten und angewandter Forschung inden außeruniversitären Instituten. Derneue Sonderforschungsbereich unter-

streicht die Bedeutung der beteiligtenInstitutionen als deutsches Zentrumder nanooptoelektronischen For-schung. Dazu gehören neben der TUBerlin, die die Sprecherfunktion innehat, die Humboldt-Universität zu Ber-lin und die Otto-von-Guericke-Univer-sität in Magdeburg. Hinzu kommenwichtige Berliner Forschungsinstitutewie das Ferdinand-Braun-Institut fürHöchstfrequenztechnik, das Fraunho-fer-Institut für Nachrichtentechnik(Heinrich-Hertz-Institut), das Weier-straß-Institut für Angewandte Analysisund Stochastik und das Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik.

Dieses wissenschaftliche Umfeldstrahlt auch nach außen: ZahlreicheKooperationsprojekte mit Unterneh-men und Ausgründungen aus der Uni-versität schlagen so die Brücke zwi-schen Wissenschaft und Wirtschaft. Ichbin mir sicher, dass aus dem Sonder-forschungsbereich viele wirtschaftlichverwertbare Lösungen kommen wer-den. Die beteiligten Institute und For-schergruppen fungieren als Inkubato-ren für neue Ideen, Produkte und Lö-sungen. Wir beschleunigen damit aufbesondere Weise den Wissenstransferin einem für Deutschland hochaktuel-lem Technologiefeld.

Im vorliegenden Magazin stellen wireine erste Auswahl von Projekten desumfangreichen Programms vor. Sicher-lich folgen weitere Publikationen, Ver-anstaltungen und Präsentationen in

den Laboren, die die Ideen der Forsche-rinnen und Forscher in die Öffentlich-keit tragen.

Neben meiner Freude über die Fort-setzung exzellenter wissenschaftlicherArbeit möchte ich auch meinen Dankan das herausragende Engagementaller Beteiligten Ausdruck verleihen.Ich wünsche den Wissenschaftlerinnenund Wissenschaftlern des Sonderfor-schungsbereiches und des integriertenGraduiertenkollegs viel Erfolg und denLeserinnen und Lesern des Magazinsviele »Lichtblitze«.

Prof. Dr. Kurt KutzlerPräsident der TU Berlin

WeltweiterLEUCHTTURM

und mutigeBERUFUNGSPOLITIK

TU BERLIN FORSCHUNG AKTUELL 2008 NANOPHOTONIK2

Optische Bauelemente nutzen die Elementarteilchen des Lichts. Sie treiben die wirt-schaftlichen Entwicklungen des 21. Jahrhunderts. Wo bisher elektrischer Strom undElektronen dominierten, übernehmen künftig die schnellen Photonen das Geschäftin der Datenübertragung, der Materialbearbeitung, der Chipherstellung, derUmwelttechnik oder der Analyse von Materialien. Nanostrukturierte Halbleiterstellen eine wesentliche Materialgrundlage für diese Bauelemente dar.

Von Prof . Dr . Dieter Bimberg

Im Zeitalterdes Photons


werden Glühbirnen in wenigen Jahrenvollständig vom Markt verdrängen unddamit einen wesentlichen Beitrag zurEnergieeinsparung leisten. Darüber hi-naus werden sich völlig neue Anwen-dungsfelder, zum Beispiel in der Was-serreinhaltung, öffnen. Ohne LEDs wä-ren bereits heute die meisten Fernsteue-rungen zu Hause undenkbar.

Noch weit mehr entpuppt sich derDiodenlaser als Multitalent. Seit über40 Jahren sind diese Bauelemente be-kannt. Im Jahre 2000 erhielten Zhores

Alferov und Herbert Krömer für denVorschlag und die praktische Umset-zung den Nobelpreis. Doch erst seitkurzer Zeit eröffnen neuartige Laser-dioden und darauf basierende Syste-me die Tore zu völlig neuen, bishernicht gedachten Anwendungen. Sie lö-sen zunehmend konventionelle elekt-rische oder mechanische Geräte ab.Laserdioden ermöglichen bislang un-erreichte Datenraten in der Informati-ons- und Kommunikationstechnik. Sieschicken innerhalb einer Sekunde weit

Zur Halbleiterphotonik zählt manalle Bauelemente und Geräte, indenen Licht die wichtigste Rolle

spielt. Das Licht wird mittels elekt-rischen Stroms erzeugt oder in Stromumgewandelt.

Leuchtdioden, sogenannte LEDs, er-zeugen ihr Licht mit viel weniger Ener-gie und in viel besserer Qualität als her-kömmliche Glühbirnen oder Lampen infür unterschiedliche Anwendungenwichtigen Spektralbereichen vom In-fraroten bis zum Ultravioletten. Sie


mehr als 1 000 000 000 000 Informatio-nen in einer Sekunde (ein Terabit proSekunde) auf die Reise durch einhauchfeines Glasfaserkabel oder denfreien Raum. Ihr enormes spektralesAuflösungsvermögen schützt denMenschen und seine Umwelt mittelsneuer analytischer Methoden. Dio-denlaser schneiden, schweißen undschmelzen, operieren Tumore auf derNetzhaut des menschlichen Augesoder spüren einzelne Krebszellen inder Blutbahn auf.

Deutschland gehört in der jungenPhotonikindustrie zu den führenden Na-tionen. Gemäß einer Studie des Bundes-forschungsministeriums sind in dieserBranche bereits mehr als 100 000 Men-schen beschäftigt, das jährliche Wachs-tum erreichte 2006 rund zwölf Prozent.Welche Bedeutung die Photonik besitzt,zeigt der Zukunftspreis des Bundesprä-sidenten, der im November 2007 an einForscherteam der Firma Osram Opto

Semiconductors in Regensburg und desFraunhofer-Instituts in Jena vergebenwurde. Diese Wissenschaftler und Wis-senschaftlerinnen entwickelten die welt-weit effizientesten LEDs für Anwendun-gen des Alltags.

ALTE ARBEITSPLÄTZE WERDENDURCH NEUE ABGELÖST

In Berlin hatten sich zu Beginn desJahrhunderts mit Osram, Siemens undAEG die wichtigsten Pioniere des Zeit-alters des Lichts angesiedelt, hier be-gann 1883 bei der AEG die Massenfer-tigung der Glühlampen. Nun geht dieÄra der glühenden Wolframfäden zuEnde. Alte Arbeitsplätze werden durchneue abgelöst. In der anwendungsna-hen Forschung an Verbindungshalblei-tern, Halbleiternanostrukturen unddarauf basierenden neuartigen photo-nischen Bauelementen ist Berlin heute

eines der wichtigsten Zentren – inDeutschland und in Europa.

In der Photonik gilt ein ähnlichesGesetz wie in der Computerbranche:Alle 18 Monate halbiert sich der Preisfür die gleiche »Leistung«. Dadurchentsteht ein enormer Kostendruck, dieUnternehmen müssen erhebliche Bud-gets in die Weiterentwicklung ihrerProdukte oder in neue Ideen stecken.Die TU Berlin hat diese Erfordernisseschon frühzeitig erkannt. Ihre Wissen-schaftlerinnen, Physiker, Ingenieureund Mathematiker verknüpfen Grund-lagen- mit anwendungsnaher For-schung mittels modernster industrie-kompatibler Methoden der Herstellungvon Halbleiternanomaterialien für neu-artige Bauelemente, der Prozessierungin Ultrareinsträumen zur Chipherstel-lung und dem Aufbau zu vollständigenModulen. Eine wissenschaftliche Ideekann nur dann zu einem umsatzstarkenund damit Arbeitsplätze schaffenden

Der Autor ist Direktordes Instituts für Fest-körperphysik und desNanophotonikzen-trums der TU Berlin,Vorsitzender des na-tionalen Kompetenz-zentrums für Nanoop-toelektronik und derArbeitsgemeinschaftder NanotechnologieKompetenzzentrenDeutschlands»AGeNT« des Bun-desforschungsminis-teriums. Für dieTechnologieplattformPhotonics 21 der EUist er der Koordinatorfür die Formulierungneuer Forschungspro-gramme für optoelek-tronische Bauelemen-te für 2009 und2010. Er ist Mitgliedder Deutschen Aka-demie der Naturfor-scher Leopoldina.


High-End-Produkt am Markt umge-setzt werden, wenn sämtliche Wert-schöpfungsebenen vom Material biszum Modul kostengünstig abgedecktwerden. Dabei stützt sich die TU Berlinauf eine einzigartige Dichte an koope-rierenden Forschungsinstituten, Hoch-schulen und Firmen. Dies alles mit kur-zen Wegen und schneller Erreichbarkeitvon Partnern.

Zum 1. Januar 2008 bewilligte dieDeutsche Forschungsgemeinschaft derTU Berlin zusammen mit ihren For-schungspartnern den auf zwölf Jahre an-gelegten Sonderforschungsbereich»Halbleiter-Nanophotonik: Materialien,Modelle, Bauelemente«. Die Startfinan-zierung beträgt mehr als elf MillionenEuro. 35 Millionen Euro sind für die Ge-samtdauer geplant. Berlin hat sich damitfür diese strategisch wichtige For-schungsrichtung die Pole-Position inDeutschland gesichert. Um diesen Er-folg zu stablisieren, stellte die Europäi-sche Union erhebliche EFRE-Mittel be-reit. Über den Zukunftsfonds des Lan-des und das Förderprogramm ProFitflossen Landesmittel zum Aufbau derInfrastruktur und für Pionierprojekteder beteiligten Institutionen und Firmen.

Die TU Berlin, ihre Partner undzahllose kleine und mittelständischeFirmen haben ein dichtes Netzwerk ge-woben, um mit schnellen und intelli-genten Ideen und Produkten in dem

wachsenden Weltmarkt für LEDs undLasertechnik ganz vorn mitzuspielen.Entsprechende Kooperationen werdenzunehmend auch im 6. und 7. Rahmen-programm der EU-Forschungsförde-rung finanziert. Immer mehr Unterneh-men dieser jungen Branche kommendaher neu in die Region, suchen dieNähe zu den Forschern, Forscherinnenund ihren Laboren, deren Vielfalt undAusstattung nun weltweit mit an der

Spitze stehen. Unterstützt von großenForschungsinstituten, insbesonderedem Fraunhofer-Institut für Nachrich-tentechnik Heinrich-Hertz-Institut inCharlottenburg und dem Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztech-nik in Adlershof, entstand damit in undum die TU Berlin ein dynamischerWachstumskern, der Zukunftsmärkteerschließt und neue Arbeitsplätzeschafft. ■

Industrielaser befinden sich auf dem Vormarsch. Sie die-nen zum Schweißen, Schneiden, Bohren, Markierenoder Scannen im industriellen Maßstab, etwa in der

Automobilindustrie, in der Fertigung von Solarzellen, inder Chipherstellung oder sogar in der Bearbeitung vonDiamanten. Den größten Marktanteil stellen die Lasersys-teme zur Bearbeitung von Blechen und Folien. Derzeit liegtdieser Weltmarkt bei rund vier Milliarden US-Dollar, bis2010 wird er auf sieben Milliarden Dollar wachsen.

Vor allem europäische Hersteller entwickeln hier neueLaserprodukte und Anwendungen verstärkt für den Welt-markt. Hoch qualifizierte Forscherinnen, Wissenschaftlerund Ingenieure und die Kooperation mit der Forschung

sind der Schlüssel zum Erfolg. Das Angebot an billigenoder unqualifizierten Arbeitskräften in Asien spielt hiernoch keine Rolle. Mit Halbleiterdioden gepumpte Faser-laser lösen zunehmend die wenig energieeffizienten Fest-körperlaser ab.

Die Forschung und Entwicklung besonders in Berlin, ander TU Berlin, dem Ferdinand-Braun-Institut, bei den Fir-men Lumics, Jenoptik Diode Labs oder PBC Lasers kon-zentriert sich bereits auf die übernächste Generation vonhochbrillanten und leistungsstarken Halbleiterlasern, dieEnergieumwandlungsgrade von 50 Prozent oder mehr er-reichen. Sie könnten andere Laser kostengünstig ablösenund weitere Märkte erschließen.

NANObl ick»Gute Geschäfte mit Industrielasern


Der Mensch strebt in den Kos-mos, Raumsonden funkenBilder vom Mars, vom Saturn

und vom Pluto zur Erde. Zugleichstößt er immer tiefer in die Geheimnis-se des Nanokosmos vor: Auf der Ebe-ne der Atome, Elektronen und Photo-nen gibt die Natur ihre innersten Zu-sammenhänge preis. Dort begegnendem Wissenschaftler quantenphysi-kalische Effekte, die völlig neue tech-nische Anwendungen ermöglichen.Zugleich rücken Nanotechnologieund Photonik immer enger zusam-men.

Im Projekt MONA (Merging Op-tics and Nanotechnologies) habenzahlreiche Experten untersucht, wel-che Schwerpunkte die europäischeForschungsförderung setzen muss, da-mit Europa in diesen neuen Industriendie Entwicklung mitbestimmen kann.

benötigen, um Ideen mittels Startkapi-tal möglichst schnell in marktfähigeProdukte umzusetzen. In der MONA-Roadmap skizzierten sie die Herausfor-derungen der Nanomaterialien: ihre ge-zielte Erforschung, die Herstellungauch für zukünftige Massenprodukti-on, Belastungen für die Umwelt undStandardisierung. Sie definierten Ziel-märkte, in denen Europa seine Stärkenausbauen kann – durch Innovation undFörderung. Ziel muss es sein, betonendie Autoren der Studie, dass die Syner-gien zwischen der Nanotechnologieund der Photonik besser genutzt wer-den.

So seien für Displays, Bildschirmeund Beleuchtungstechnik vor allemLichtquellen mit hoher Brillanz und Ef-fizienz vonnöten. Um den Energiever-brauch zu senken und die Klimazieleder EU zu erreichen, bieten sich die

Die Nanotechnologie befasst sich mit winzigen Objek-ten, die nur aus wenigen Atomen bestehen. Die Photonikist die Wissenschaft des Lichts. Jetzt wächst zusammen,was zusammengehört: Das MONA-Projekt erarbeitethierfür die Leitlinien der künftigen europäischen For-schungsförderung.

BlendendeAUSSICHTENfür die Forschung

MONA startete 2005, im Sommer2007 wurde die Studie fertiggestellt.»Die Nanomaterialien, die Produkti-onsmethoden für kleinste Bauelementeund die Anwendungen in der Photonikgehören eng zusammen«, sagt TomPearsall, Geschäftsführer des Dach-verbandes der europäischen Photonik-industrie (EPIC) in Paris. Er hat anMONA maßgeblich mitgearbeitet.»Die neue Wissenschaft der Nanopho-tonik muss beispielsweise von einemschnellen Wissenstransfer aus den La-boren in die Industrie profitieren. Dazumuss Europa geeignete Bedingungenschaffen.«

Innerhalb von 30 Monaten haben dieMONA-Teams mit wesentlicher Betei-ligung von Berliner Wissenschaft-lerinnen und Wissenschaftlern analy-siert, welche Bedingungen die nano-photonische Forschung und Industrie


LEDs (lichtgebende Halbleiterdioden),organische Displays (OLEDs) oderDisplays aus wenigen Nanometer gro-ßen Kohlenstoffnanoröhren (CNTs)an. Sie werden in den kommenden Jah-ren die traditionellen Glühbirnen ver-drängen. Große Hersteller von Glüh-lampen haben bereits verkündet, bis2015 aus der Produktion auszusteigen.Europa hat mit Osram (Deutschland)und Philips (Niederlande) zwei großeHersteller von Displays und Lichttech-nik. Der Weltmarkt wird bei Displaysjedoch von asiatischen Firmen domi-niert.

Europa könnte sich auf die Herstel-lung und Lieferung der Lichtquellenund flexibler Displays konzentrieren,schlagen die MONA-Forscher vor. Die-se beiden Produktgruppen sind ein ur-eigenes Feld der Nanophotonik. Auchbei den organischen Displays könnte

Europa zumindest als Zulieferer einestarke Position erreichen. Der zweitegroße Markt sind die optischen Sender,Verstärker, Empfänger und Verbin-dungselemente für die Datenübertra-gung in regionalen und lokalen Netzen.Bestimmten früher elektrische Signaleüber Kupferkabel und Metalldrähtediese Technik, dringen nun zunehmendoptische Bauelemente vor, in denen La-ser Photonenpulse emittieren undÜbertragungsraten erreichen, die bisvor Kurzem ins Reich der Fantasie ge-hörten.

IM NAHBEREICHERST AM ANFANG

Die optische Datentechnik wird sogarbis in die Halbleiterchips vordringen,denn die Chips müssen ohne aufwendi-ge Umwege effizient miteinander undmit ihrer Umgebung kommunizieren.Während Glasfasertechnik und Daten-übertragung mit Licht im Langstre-ckenbereich (Telekommunikation) be-reits seit 20 Jahren erfolgreich einge-setzt werden, befinden sie sich im Nah-bereich erst am Anfang oder in der Pla-nung wie die Kommunikation zwischenden Chips auf einer Platine oder vonLeiterplatte zu Leiterplatte. Die Wün-


sche der Datennutzer nach immerschnelleren Rechnern und Netzen übenjedoch einen starken Innovationsdruckaus, der eine eigene Dynamik entfaltenwird: Die Umwälzung der technologi-schen Basis der lokalen Datennetzewird sich nach Monaten, nicht nachJahren bemessen. »Das auf Glasfasernbasierende Ethernet, das 40 Gigabit inder Sekunde schafft, erwarten wir indrei bis vier Jahren«, sagt Prof. Dr. Ni-kolai Ledentsov, Chef der Berliner Fir-ma VI Systems, eine Ausgründung ausder TU Berlin. »Wir haben nur zweiJahre Zeit, um unsere optischen Verbin-dungselemente zu entwickeln, zu testenund in die Massenfertigung zu über-führen.«

Prof. Dr. Dieter Bimberg, Physik-professor an der TU Berlin und der Va-ter des neuen Berliner Sonderfor-schungsbereiches »Nanophotonik«,meint: »Die optischen Interkonnekto-ren sind ein Massenmarkt. Sie werdendie Datennetze revolutionieren.« Derneue Sonderforschungsbereich, dessenFederführung bei der TU Berlin liegt,bildet die Empfehlungen der MONA-Studie genau ab. Er besetzt strategischeForschungsthemen wie kaum ein ande-res Forschungszentrum weltweit.»MONA weist den Weg in die Zu-kunft«, ist Dieter Bimberg überzeugt.»Europa hat die Chance, mit der Nano-photonik eine neue Schlüsselindustriezu entwickeln.«

Die Autoren der MONA-Studie pro-phezeien: Künftig wird der Herstel-lung, Übertragung und Nutzung desLichts mittels nanophotonischer Bau-elemente eine herausragende Stellungzukommen: In der Produktionstechnik,in der Beleuchtungstechnik, in der Da-tenübertragung, in der Medizin und inder wissenschaftlichen Analytik wer-den LEDs, Displays, Endoskope oderLaser nicht mehr wegzudenken sein.Die Experten sind sich einig: Nach demZeitalter der Elektrifizierung bricht dieÄra der Photonen an, die wirtschaftli-che und wissenschaftliche Nutzung desLichts. ■

Die MONA-Roadmap erhalten Siebei EPIC in Paris:

q www.epic-assoc.com

Die Raumfahrt, die Nanotechnologie oder Windkraft sind in aller Munde. Wa-rum nicht die Photonik?Die Photonik ist eine Technologie, die sich sehr rasant entwickelt. Deshalb ist essehr schwierig, eine starke Industrie zu entwickeln. Man muss sehr viel tun, ummit der schnellen Entwicklung Schritt zu halten. Es gibt nur wenige Firmen, diedamit viel Geld verdienen, beispielsweise Zeiss aus Deutschland. Die meisten Fir-men aber sind klein, häufig Start-ups, die eine Technologie zur Marktreife brin-gen und danach wieder verschwinden. Geben Sie das Wort Photonik in Googleein, dann bekommen Sie rund 100 000 Einträge. Bei Nanotechnologie sind es mehrals sechs Millionen …

Es wäre eine Aufgabe für EPIC, dies zu ändern …Natürlich, wir brauchen mehr Public Relations, um die Photonik bei den Men-schen ins Bewusstsein zu rücken. Das hat auch damit zu tun, dass die Bauele-mente der Photonik so klein sind. Kaum jemand weiß, dass in einem CD-Playerjede Menge Lasertechnik steckt. Es ist eine stille Industrie, denn niemand wirbtfür Photonik. Lieber für Handys oder MP-Player, doch ohne Photonik würdendiese Geräte keinen Mucks von sich geben.

Sie erwähnten die hohe Geschwindigkeit der Innovation in dieser Branche. Wo-rauf führen Sie diesen Trend zurück?Die Photonik ist der Steigbügelhalter für nahezu alle anderen Technologiezwei-ge: für integrierte Mikrochips, für die Biomedizin und die Genomanalytik, für Da-tennetze und Unterhaltungstechnik. Photonik ist der Motor, der die anderen In-dustrien nach vorn treibt. Um Bauelemente kleiner, leichter, billiger und ener-giesparend zu machen, übernimmt das Licht immer mehr Aufgaben, die früherElektronen erledigt haben. Leider haben wir das Problem, dass die EU diese Zu-sammenhänge noch nicht ausreichend erkannt hat.

Wie meinen Sie das?Ganz einfach. Die nationalen Forschungsetats und die in den europäischen Pro-grammen vorgesehenen Fördermittel für die Photonik sind sehr gering. Einigegroße Unternehmen wie Siemens oder Samsung stecken viel Geld in die For-schung. Manche Firmen stecken ein Zehntel ihres Umsatzes in ihre Labore, denndie Produkte der Photonik ändern sich so schnell, das kaum Zeit bleibt, mit ih-nen Geld zu verdienen. Wer in diesem Spiel oben bleiben will, muss permanent in-vestieren. Aber das kann den Mangel aufseiten der öffentlichen Förderung nichtkaschieren. Leider ist eine Verbesserung nicht in Sicht.

Im GESPRÄCH»»Wir brauchen jemanden

Tom Pearsall ist Generalsekretär des Konsortiums der europäischenPhotonikindustrie (EPIC) in Paris. Kaum einer kennt diese Branchewie er. Pearsall gibt Auskunft über die Chancen der Photonik, ihreHürden und die Rolle, die eine Universität wie die TU Berlin im Netz-werk der optoelektronischen Technologien spielen kann.


Wie schätzen Sie die Unterstützung in Deutschland ein?In Europa sind die Deutschen so etwas wie Helden, wenn es um die Förderung derPhotonik geht. Wir können uns über Frau Schavan nicht beschweren, dennDeutschland hat seine Förderetats für die Optoelektronik und die Photonik in denvergangenen Jahren deutlich erhöht. Das bekommen die Forscher zu spüren, da be-wegt sich etwas. Die deutschen Wissenschaftler und Firmen haben großen Erfolg.

Statt öffentlicher Förderung könnte Risikokapital aus privaten Quellen einspringen.Warum ist das für die Branche ein Problem?Ich kenne einige Venture-Capital-Gesellschaften, die in Unternehmen der Photo-nik investieren. Aber das ist harte Arbeit, der schnelle Euro ist in diesem Geschäftnicht zu machen. Das ist nicht wie bei Google, denn in der Photonik muss man Ex-perimente und wissenschaftliche Entwicklungen vorantreiben. Das Marktvolumenist nicht so groß wie im Internetgeschäft, der Rückfluss der Investitionen ist oft nurmittelfristig und langsam zu erwarten.

Wie kann man das ändern?Wir brauchen Vorbilder, Leute wie Steve Jobs von Apple. Mit solchen Frontleutenwären wir in einer anderen Position. Dabei könnte auch Steve Jobs sein Geschäftohne uns nicht verwirklichen. Er hat das Telefon in ein visuelles Objekt verwandelt,das voll photonischer Bauelemente steckt. Vielleicht kann ich ihn überreden, einSabbatical einzulegen, um eine Weile für uns zu arbeiten.

Eine Universität wie die TU Berlin kann Steve Jobs sicher nicht verpflichten, wohlaber einiges für die Photonik tun. Wo sehen Sie ihre Stärken?Der neue Sonderforschungsbereich in Berlin ist eine großartige Sache. Er wirdMenschen aus der ganzen Welt anziehen, das ist ein echter Leuchtturm für Europa.Professor Bimberg, der den Antrag für die Fördermittel konzipierte, hat ein glück-liches Händchen bewiesen. Er arbeitet auch in unserem MONA-Projekt an vorders-ter Stelle mit. In diesem europäischen Projekt, das wir gerade gestartet haben, gehtes um die Verbindungen zwischen Nanotechnologie und Photonik. Ganz wesent-lich erscheint mir, dass die TU Berlin mit ausgegründeten Firmen außerordentlicherfolgreich ist. Es geht nicht um Forschung im Kämmerlein, sondern um die wirt-schaftliche Anwendung der Photonik. Die wissenschaftlichen Ergebnisse müssenschnell in ideenreiche Produkte münden. Aber das ist nicht nur eine Herausforde-rung für die Berliner Kollegen und Kolleginnen.

Und die andere?Die ungleich größere Herausforderung scheint mir, dass die Beteiligten ein sehr ho-hes Maß an Aktivitäten und Stress aushalten müssen. Der permanente Zwang zurInnovation frisst eine Menge Energie, das fordert viel Kraft. Wichtig wird also sein,sich auf strategische Linien und Kooperationen zu konzentrieren, um sich nicht zuverzetteln. Es gibt noch eine dritte Herausforderung: Man muss die vielen beteilig-ten Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen unter einen Hut bringen. Übrigensauch die Erwartungen der Leute, die das Geld auf den Tisch gelegt haben.

Das Gespräch führte Heiko Schwarzburger.

Frontmann einer jungenIndustrie

Tom Pearsall machte 1968 seinenAbschluss am Dartmouth College undschloss zwei Jahre später ein Master-studium an der Universität in Londonab. 1973 promovierte er an der Cor-nell-Universität in Angewandter Phy-sik. Anschließend arbeitete er in denrenommierten Bell Laboratories zuProblemen der optischen Kommunika-tionstechnik. Er erfand die ersten Ver-bindungshalbleiter aus Indium, Gal-lium, Arsen und Phosphor (InGaAsP)und konstruierte daraus Bauelementefür Glasfasernetze. 1976 wechselte erzu Thomson/CSF nach Orsay in Frank-reich, wo er Lichtdetektoren aus Indi-umgalliumarsenid entwickelte. 1981nahm er erneut eine Tätigkeit in denBell Labs auf, dort begann er mit For-schungen zu Silizium-Germanium-ba-sierten Halbleitern. 1990 wurde er alserster Inhaber des Boeing-Johnson-Lehrstuhls für Halbleitertechnologie andie Universität des US-BundesstaatesWashington in Seattle berufen. Ge-meinsam mit Thomas Furness gründe-te er in Seattle das Human InterfaceLaboratory. 1996 wurde Tom Pearsallzum Fulbright Senior Scholar amCNRS/Max-Planck-Institut in Grenobleernannt. Von 1998 bis 2002 leitete erdie Forschungen über planare Photo-nikkristalle für Corning im französi-chen Fontainebleau. 2003 hob Pear-sall EPIC aus der Taufe. Die Organisa-tion hat heute Mitglieder in 16 Staa-ten der Europäischen Union. EPIC warmaßgeblich an der Gründung der euro-päischen Technologieplattform Photo-nics-21 beteiligt.

wie Steve Jobs«


Der neue Sonderforschungsbe-reich »Halbleiter-Nanophoto-nik: Materialien, Modelle,

Bauelemente« wird Berlins herausra-gende Stellung als wichtigste For-schungs-und Entwicklungsregion füroptische und Nanotechnologien stär-ken. Federführend ist die TechnischeUniversität Berlin. An dem neuenLeuchtturm der Forschung sind dieHumboldt-Universität und die Otto-von-Guericke-Universität in Magde-burg beteiligt. Hinzu kommen wichtigeBerliner Forschungsinstitute: das Fer-dinand-Braun-Institut für Höchstfre-quenztechnik, das Fraunhofer-Institutfür Nachrichtentechnik (Heinrich-Hertz-Institut), das Weierstraß-Institutfür Angewandte Analysis und Stochas-tik und das Konrad-Zuse-Zentrum fürInformationstechnik. Insgesamt 26Teilprojektleiter und über 100 Wissen-schaftler und Wissenschaftlerinnenwerden an neuartigen photonischenBauelementen, Nanomaterialien undderen mathematischen Modellen for-schen. »Unsere Arbeiten stützen sichauf diese drei Säulen«, erläutert Prof.Dr. Michael Kneissl (Foto), Sprecherdes Sonderforschungsbereiches. Er

LEUCHTTURMder NANOPHOTONIKin BerlinDie Deutsche Forschungsgemeinschaft investiert über elf MillionenEuro, um die Forschung zu neuartigen Nanostrukturen und daraufbasierenden photonischen Bauelementen an der TU Berlin undihren Partnerinstituten in der Region zu stärken. Als Materialbasisstehen die III-V-Halbleiter im Mittelpunkt, neue Generationen vonBauelementen und deren mathematische Modellierung.


wurde im August 2005 an die TU Ber-lin auf den Lehrstuhl für »Experimen-telle Nanophysik und Photonik« beru-fen. Außerdem forscht er am Ferdi-nand-Braun-Institut in Adlershof zurOptoelektronik mit Galliumnitrid.

Im Mittelpunkt des neuen Sonderfor-schungsbereiches stehen die III-V-Halb-leiter, die aus Elementen der dritten undfünften Hauptgruppe des Periodensys-tems bestehen. »Mit Galliumnitrid, Gal-liumarsenid oder Indiumphosphid kannman in der Optoelektronik alle zurzeitwichtigen Wellenlängen erreichen, imsichtbaren Spektrum, im ultraviolettenBereich oder Infrarot«, erklärt Kneissl.»Das eröffnet uns eine unüberschauba-re Vielfalt möglicher Anwendungen:Sichtbare Laser erlauben Laserfernse-hen und Bilder mit sehr geringem Ener-gieeinsatz, mit bislang unerreichter Bril-lanz und Farbigkeit. UV-Licht aus spe-ziell konstruierten LEDs kann man nut-zen, um Wasser zu desinfizieren.«

DAMPFLAMPEN FRESSENVIEL ENERGIE

Bisher liefern Dampflampen das UV-Licht, ihre Energieausbeute ist sehr ge-ring. Diese Quecksilberdampflampensenden Licht verschiedener Wellenlän-gen ab. »Mit einer LED lässt sich daserforderliche Wellenlängenspektrumexakt und mit viel weniger Energieauf-wand einstellen«, meint MichaelKneissl. »Galliumindiumnitrid wirdbeispielsweise schon heute eingesetzt,um die Displays von Handys im Hin-tergrund zu beleuchten.« Angeregtdurch einen kleinen elektrischen Strom,emittiert dieser Halbleiter blaues Licht.Weil der LED-Chip von einem phos-phoreszierenden Material umschlossenwird, das gelbes Licht abgibt, entstehtweißes Licht. Bisher galten Fernseh-bildschirme oder auch Displays vonComputern als wahre Stromfresser.Die kompakten Halbleiterlaser könn-ten auch die großen Gaslaser ablösenund durch kleine, kompakte Systemeersetzen. Auf diese Weise lassen sichneuartige Laserscanner für die Zellana-lyse realisieren, um Farbstoffe in Kör-perzellen anzuregen. Die Auswertungder Analysen erfolgt durch Fluores-

zenzspektrometer. Damit kann manbeispielsweise die Ausbreitung vonKrebs im Körper nachweisen, dennvereinzelte Krebszellen erreichen dieBlutbahn und schwimmen dort um-her – bisher unerkannt. »Da sucht mandie Nadel im Heuhaufen«, meintKneissl. »Auf eine Million Blutzellenkommen fünf bis zehn Krebszellen.«Die neuen Laserdioden kommen auchin Hochleistungsnetzen der Datenüber-tragung und Telekommunikation zumEinsatz, bei denen Gigabit und Terabitpro Sekunde übertragen werden.

Zunächst wurde der Sonderfor-schungsbereich für vier Jahre bewilligt.Geplant sind zwölf Jahre. Einzigartigist die Verbindung von Grundlagenfor-schung an den Hochschulen und ange-wandter Forschung in den außeruniver-sitären Instituten. »Unsere Ziele sindvöllig neue Anwendungen und Aus-gründungen, die unsere Ergebnisse inmarktfähige Produkte umsetzen«, sagtProf. Dr. Dieter Bimberg, der die Kon-zeption des Sonderforschungsbereichesentwickelte und die besten Köpfe derBerliner Region bis nach Magdeburgzur Mitarbeit gewann. »Ich denke anbrillante Hochleistungslaser, an leis-tungsfähige Laserprojektionssysteme,an Datenverschlüsselung mittelsQuantenkryptografie, den Terabus fürultraschnelle Rechnerverbindungen

Mit dem Sonderforschungsbereich wirdein integriertes Graduiertenkolleg zurHalbleiter-Nanophotonik ins Leben

gerufen. Diese Form der Förderung von jungenForschertalenten baut auf die Expertise der dreibeteiligten Universitäten und vier außeruniver-sitären Institute. Um die wissenschaftlich-tech-nologische Brücke vom theoretischen Modell biszum fertigen Bauelement zu spannen, ist die Ko-operation von Doktoranden aus Physik, Mathe-matik und Ingenieurwissenschaften essenziell.Mit dem Netzwerk bietet das Graduiertenkollegdafür die besten Bedingungen. Vor allem inter-nationale Talente sollen nach Berlin und Mag-deburg gelockt werden.

Gastwissenschaftlerinnen, -wissenschaftlerund Mentoren, insbesondere die Tandembe-

treuung von Doktoranden zwischen denUniversitäten und Forschungseinrichtungen,gemeinsame Veranstaltungen wie das Dok-torandenseminar oder der Nanophotoniktagmit Vertretern der Industrie und Forschung,bis hin zur Teilnahme an nationalen und in-ternationalen Tagungen, sind wichtige Bau-steine des neuen Kollegs. Neben der wissen-schaftlichen Ausbildung werden soziale undkommunikative Kompetenzen geschult. Einwichtiges Anliegen ist es, Frauen für die Na-turwissenschaften zu gewinnen und zu för-dern. Das beginnt mit Lab Days für Schülerin-nen und geht über Coaching-Programme, zumBeispiel das virtuelle Doktorandinnen-Kolleg,bis hin zur Erstattung von Kinderbetreuungs-kosten.

Talente fördern im Graduiertenkolleg

oder an das 100-Gigabit-Ethernet.«Auch TU-Präsident Kurt Kutzler istüberzeugt, dass die Nanophotonik einwichtiger Schrittmacher für Wissen-schaft und Wirtschaft ist: »Ich bin mir si-cher, dass aus diesem Sonderfor-schungsbereich viele für die Industrieverwertbare Lösungen kommen«, sagter. »Die Bewilligung bestätigt unseremutige Berufungspolitik, junge exzellen-te Wissenschaftler und Wissenschaftle-rinnen aus den USA zurückzuholen, umsie mit unseren erfolgreichsten For-schern in Teams zu kombinieren.«

In Deutschland und Europa gibt eskeinen vergleichbaren Forschungsver-bund mit einer derartigen Bandbreitean Experten und Fachgruppen. DasNetzwerk besteht aus Mathematikern,Materialwissenschaftlern, Physikernund Elektrotechnikern. »Insbesonderedie breite Zusammenarbeit theoreti-scher Arbeitsgruppen mit experimen-tell orientierten Teams sucht ihresglei-chen«, kommentiert Dieter Bimberg.»Das versetzt uns in die Lage, in Au-genhöhe mit den Großen der internatio-nalen Industrie, wie Intel, Agilent,IBM, Toshiba, NEC, Osram Opto Se-miconductors oder Philips zu kooperie-ren. Nur an der Universität Tokio oderan der University of California in San-ta Barbara wurde begonnen, vergleich-bare Ansätze zu verfolgen.« ■


Super-Highway im Datennetz:Das Licht löst zunehmend denStrom als Träger von Daten und

Informationen ab. Früher markiertenarmdicke Kupferkabel das Rückgratder Telekommunikation und der regio-nalen Netze. Heute werden die enor-men Datenmengen durch leichte Glas-fasern übertragen. »Selbst wenn dasLicht durch eine Glasfaser geleitet wird,erleidet es Verluste, seine Intensität ver-ringert sich«, meint Dr. MatthiasLämmlin, Postdoktorand am Institutfür Festkörperphysik der TU Berlin. Erist Experte für Verstärkerbauelementeaus Halbleitern, die dem Licht nano-photonisch auf die Sprünge helfen. »InHochleistungsnetzen braucht man un-gefähr alle fünfzig Kilometer einen Ver-stärker, sonst schwindet die Intensitätdes Lichts so stark, dass man die Infor-mationen nicht mehr auswerten kann.«

Lämmlin ist auf optische Verstärkerspezialisiert, die ähnlich wie ein Laseraufgebaut sind, aber keinen Resonatorhaben. »Das Halbleiterbauelementwird mit Strom betrieben, um die La-dungsträger in Bereitschaft zu verset-zen«, erklärt er. »Wenn das schwacheLicht in das Bauteil eintritt, wird derelektrisch angeregte Halbleiter ge-zwungen, zusätzliches Licht in der glei-chen Frequenz auszusenden. Dadurchwird die Intensität des Eingangssignals

AUFPUTSCH-MITTELfür das LICHT

In wenigen Jahren müs-sen die Datennetze derMetropolen mehr als100 Gigabit in derSekunde bewältigen.Optische Verstärkerspielen dabei eine ent-scheidende Rolle.Denn auch das Lichtkann manchmalschwächeln …


verstärkt, das Licht kann seinen Wegmit neuem Schwung fortsetzen.« DieVerstärker bestehen aus Bändern vonGalliumarsenid und Aluminiumgal-liumarsenid, in die Schichten mit Inselnvon Indiumarsenid eingebracht wer-den. »Die Schichtpakete werden mittelseines epitaktischen Wachstumsprozes-ses bei rund 500 Grad Celsius abge-schieden«, sagt er. »Die Indiumarse-nidinseln organisieren sich selbst, mitleicht unterschiedlicher Größe. Wirnennen sie Quantenpunkte.« DieseQuantenpunkte sind zwischen fünf und20 Nanometer groß. Ein Nanometer istein millionstel Millimeter. Dagegen isteine Ameise ein Ungetüm.

NANOMETER GROSSE INSELN

Optische Kommunikationsnetze nutzenInfrarotlicht mit einer Wellenlänge von1300 Nanometern. Ohne diese nanome-tergroßen Inseln würden die StrukturenLicht von etwa 1100 Nanometern abge-ben. Die Quantenpunkte verschiebendas Spektrum, sodass die VerstärkerLicht der gewünschten Wellenlängeaussenden. Außerdem beeinflusst dieGrößenverteilung der Quantenpunkte,wie weit die Wellenlänge der eintreffen-den Strahlung variieren darf. Dasschafft die Möglichkeit, Licht verschie-dener Wellenlängen gleichzeitig zu ver-stärken. »Licht einer Wellenlänge ent-spricht einem Datenkanal. Selbst wenndie Wellenlänge eines zweiten Licht-strahls nur ein oder zwei Nanometervon der des ersten abweicht, kann maneinen zweiten Kanal übertragen«,meint Dr. Lämmlin. »Gröbere Multi-plexsysteme trennen die Lichtkanälemit 20 bis 25 Nanometern.«

Ein Verstärker, der die ganze Band-breite der Datenbündel auf einmal ver-stärkt, davon träumen die Physiker.Und bis dahin ist es noch ein ordentli-ches Stück Arbeit. »Wir brauchen be-stimmt noch drei bis fünf Jahre, bis wirein richtiges Produkt haben«, gibt Mat-thias Lämmlin einen Ausblick. »Wirhaben bereits einige Prototypen imTest, aber noch keine Bauelemente, dieallen Systemanforderungen gleichzei-tig entsprechen. Deshalb ist das Ether-net, das 100 Gigabit in der Sekunde

überträgt, erst ab etwa 2012 realis-tisch.« Somit könnten die Forschungenzu den Verstärkern »just in time« fertigwerden.

Lämmlins Arbeiten bieten den Vor-lauf, um die Datenlandstraßen des 20.Jahrhunderts auf die vielspurigen Da-tenautobahnen des 21. Jahrhunderts zumodernisieren, wenn der Datenverkehrder großen Metropolen die Kapazitätder derzeitigen Netze deutlich über-steigt. »Bis dahin müssen wir noch eineReihe von Antworten auf unsere Fra-gen finden«, sagt er. »Größtes Kopfzer-brechen bereitet uns gegenwärtig, dassdas Licht auf seinem Weg durch dieGlasfaser nicht nur an Intensität ver-liert, sondern auch seine Polarisationändert. Unser Verstärker reagiert dar-auf sehr empfindlich. Das Ziel ist einVerstärker, der unabhängig von der Po-larisation funktioniert.« Das heißt: Im-mer neue Schichten backen, immer wie-der Quantenpunkte abscheiden, immerwieder prozessieren, strukturieren unddie Messgeräte bis an ihre Grenze aus-reizen. Lämmlin erhält Unterstützungvon einem Preisträger der Alexander-von-Humboldt-Stiftung vom Technionin Haifa, von einem jungen koreani-schen Fellow der Humboldt-Stiftung,der zuvor in Urbana in Illinois arbeite-

te, einem Doktoranden und zwei Stu-denten, die über das Thema ihre Dip-lomarbeit schreiben. Die Arbeiten wur-den seither auch durch das Land Berlinim Förderprogramm ProFit unterstützt.

Die Verstärker, an denen geforschtwird, sind von zentraler Bedeutung fürdas große europäische Netzwerk TRI-UMPH, das die EU fördert. Viele dervon ihm benutzten Schichten erhält dieGruppe durch Partner im europäischenExzellenznetzwerk SANDIE, vor allemvon der Firma Innolume, einer gemein-samen Ausgründung der TU Berlin unddes St. Petersburger Ioffe-Instituts.»Diese europäische Vernetzung be-schleunigt unsere Arbeiten an der TUBerlin enorm, sodass wir selbst mit ja-panischen Firmen wie Fujitsu gleichaufliegen.« Dass sich die Mühe lohnt, da-von ist er überzeugt: »Diese Verstärkersind nicht nur für Datennetze in Bal-lungsgebieten wichtig, man könnte sieprinzipiell auch für optische Verbindun-gen zwischen Computern, Servern oderGebäuden oder für optische Signalver-arbeitung einsetzen. Wir haben baldauch im Nahbereich den Bedarf, rund 40Gigabit in der Sekunde zu übertragen.An jedem Knoten benötigt man einenVerstärker, das ergibt einen enormen Be-darf an diesen kleinen Bauteilen.« ■

In der Medi-zin befindensich die La-

ser gleichfallsauf dem Vor-marsch, dennkein metallischesSkalpell schnei-det so genau undmit so geringenNebenwirkun-gen ins Körpergewebe, in Organe oder in Kno-chen wie der Laser. Durch die punktgenaueHitze zersetzt sich das Zielgewebe sofort, mitnur geringen oder ohne Auswirkungen aufumliegende Gewebeschichten. Die Emissions-wellenlänge lässt sich bei Halbleiterlasern

exakt der ge-wünschten The-rapie anpassen.Die Geräte sindhandlich undkostengünstig. Inder Augenheil-kunde oder in derSchönheitschi-rurgie sind Laser-systeme bereits

seit geraumer Zeit etabliert. Dieser Marktwurde 2007 mit rund 3,6 Milliarden US-Dol-lar angegeben. Große Hersteller wie Zeiss Me-ditech meldeten Rekordumsätze. Das jährli-che Wachstum dieses Marktes liegt bei rund15 Prozent.

NANObl ick»Skalpelle aus Licht


Weltumspannende Kommuni-kation: Innerhalb wenigerJahre hat das Internet ein

dichtes Netz über den Globus gespannt.Rund um die Uhr ergießen sich enormeDatenströme von Kontinent zu Konti-nent. Rückgrat des interkontinentalenWorld Wide Web sind armstarke Kabelaus Glasfasern, häufig unterseeisch ver-legt, die Ballungsgebiete und Metropo-len miteinander verknüpfen. »Im Nah-bereich dominieren noch die Kupfer-drähte und Metallkontakte«, sagt Prof.Dr. Nikolai Ledentsov, Professor am Pe-tersburger Ioffe-Institut und bis vor Kur-zem Gastprofessor der TU Berlin. »Mitzunehmender Datenrate kommt Kupferan seine Grenzen. Wenn wir die Über-tragungsgeschwindigkeit weiter erhö-hen wollen, müssen wir auch zwischenden Computern, Servern und Intranet-zen auf Glasfaser umstellen. Elektronensind zu langsam, die Photonen überneh-

men das Geschäft.« Nikolai Ledentsovist ein ausgewiesener Experte für Halb-leiter, Laser und Photonen, die kleins-ten Teilchen des Lichts. Um das Tor zusuperschnellen Informationsnetzenaufzustoßen, hat er mit Kollegen derTU Berlin die Firma VI Systems ge-gründet. Die Forscher entwickeln La-serdioden, die Übertragungsraten von40 Gigabit pro Sekunde erlauben. »Diebestehenden Kupferleitungen kannman nicht beliebig erweitern«, meintLedentsov. »Optische Leiter und Kon-takte aus Glasfasern sind leichter undkostengünstiger.«

Die interkontinentalen Datenauto-bahnen sind bereits für hohe Bitratenausgelegt, dort erfolgt die Datenüber-tragung schon mit Licht. Das Nadelöhrsind die lokalen Netzwerke. »Ab einerDatenrate von zehn Gigabit pro Sekun-de werden Glasfasern auch im Nahbe-reich interessant«, erläutert Professor

Ledentsov. »Der steigende Kupferpreisverstärkt den Druck zur Modernisie-rung.« Er beziffert den Markt für opti-sche Steckverbinder auf weltweit rund40 Milliarden US-Dollar. Auch der An-schluss von schnellen Speichern anRechner wird künftig über hauchfeineGlasdrähte erfolgen. »Dieses Markt-segment lag 2007 bei rund 37 Milliar-den Dollar«, sagt er. »Die Verdrängungalter Technologien geht rasend schnellvonstatten.« Im Jahr 2005 galten An-schlüsse mit vier Gigabit pro Sekundeals Stand der Technik. »2007 waren esschon acht Gigabit. Derzeit erreichendie Netze rund zehn Gigabit. In vierJahren erwarten wir 32 Gigabit, 2012dann das 100-Gigabit-Ethernet.« Seitdem Jahr 2000 hat sich die Datenrate inden modernen Kommunikationsnetzenverdreißigfacht.

VI Systems tritt mit dem patentier-ten Konzept der EOM BR VCSEL an,

Die breiten Datenautobahnen derZukunft erlauben enorme Über-tragungsraten. Das Nadelöhr werdendann die lokalen Netze, die Verbin-dung zwischen Computern, Servernund Intranetzen sein. Die jungeFirma VI Systems, eine Ausgründungder TU Berlin, schickt nun Photonenins Rennen, um auch hier die lang-samen Kupferdrähte abzulösen. IhreIdee ließ sie sich patentieren: dieEOM BR VCSEL.

FORMEL LICHTauf der DATENAUTOBAHN


um den schnellen Markt der Kurzstre-ckennetze zu erobern. Diese optischenTransmitter bestehen aus Galliumar-senid, sie senden und empfangenLichtsignale einer Wellenlänge von 850Nanometern, das sind 850 millionstelMillimeter. »Es geht uns darum, Pro-totypen aufzubauen, mit denen 40 Gi-gabit in der Sekunde machbar sind«,sagt Ledentsov. VCSEL sind ausSchichten aufgebaute Halbleiterlaser,bei denen das Licht senkrecht zu denSchichten austritt. Darin unterschei-den sie sich von den sogenannten Kan-tenemittern, in denen das Licht inner-halb einer Schicht läuft. Um Daten zuübertragen, muss das Licht entspre-chend den Datensignalen moduliertwerden: Es wird an- oder abgeschaltet,verstärkt oder abgeschwächt. Um dieSchaltgeschwindigkeit zu erhöhen,setzt man bei den Kantenemittern ei-nen externen Modulator ein, als zwei-

tes Bauteil. Dadurch sind die Geräterelativ aufwendig in der Herstellungund entsprechend teuer. Auch in Zu-kunft werden die leistungsstarkenKantenemitter in den Datenautobah-nen eingesetzt, für die massenweiseAnwendung zwischen den Computerngibt es nunmehr kosteneffizientere Lö-sungen.

VI Systems will mit Nanotechnikstrukturierte Spiegel direkt in das Bau-teil integrieren, um die Daten innerhalbdes Lasers in digitale Lichtimpulse zuwandeln. »Dadurch können wir dieBauteile schneller und kostengünstigerherstellen«, ist sich Dr. Ledentsov si-cher. »Innerhalb der nächsten zwei Jah-re wollen wir die Massenproduktionstarten.« Jährlich werden weltweitrund 250 Millionen Personal Computerverkauft, VI Systems rechnet mit einemPotenzial von mehr als zwei MilliardenLaserbauteilen im Jahr.

Eine Investmentge-sellschaft ist eingestie-gen, VI Systems will dieProduktion der super-schnellen Dioden in Ber-lin aufbauen. Für ein 3,3Millionen Euro schwe-res, dreijähriges For-schungsvorhaben zu-sammen mit dem Chip-konzern Intel haben dieTU Berlin, VI Systemsund andere europäischePartner sehr gute Aus-sichten, von der EU ge-fördert zu werden. »VISystems übernimmt indieser Kooperation dasDesign der Bauteile, dieTU Berlin erledigt dasProcessing der Schich-ten, und Intel testet dieBauteile«, berichtet Le-dentsov. Erste Versucheverliefen vielverspre-chend: Der Prototyp ei-nes sogenannten EOMVCSEL erreichte eineelektrische Schaltge-schwindigkeit von 60Gigahertz, auf der opti-schen Seite erreichte derChip eine Datenrate von35 bis 40 Gigabit in der

Sekunde. »Das Bauteil kommt mit ei-nem geringen Pumpstrom aus und lässteine lange Lebensdauer erwarten«,meint Ledentsov. »Unser Problem ist,dass es bisher keine Detektormodulegibt, die eine solche Datenrate bei dieserWellenlänge verarbeiten können. Des-halb werden wir solche schnellen Modu-le zusammen mit den VCSELn entwi-ckeln.«

Im Jahr 2008 stehen die Prototypendes Emitters und eines Detektors fürdie Empfangsseite auf dem Plan. »Da-nach starten wir die produktionstechni-sche Optimierung«, gibt Ledentsov ei-nen Ausblick. »Bis 2009 wollen wir ei-nen 40-Gigabit-Chip mit VCSEL undeinen Transceiver-Prototyp anbieten.Man muss in diesem Geschäft sehrschnell sein, sonst bleibt man nicht ander Spitze.« ■

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jedoch beim Mischen einen erheblichenTeil der Farben im sichtbaren Spektrumaus oder sind äußerst kostenintensiv.Mit neuartigen Lasern können wirdeutlich mehr Farben in bestechenderQualität erzeugen. Dabei nutzen wirfast das gesamte sichtbare Spektrumaus.«

Wenn Laserforscher über Farbenreden, meinen sie Licht einer bestimm-ten Wellenlänge und Frequenz. Dergrüne Bereich liegt bei 520 Nanome-tern, das heißt, die Wellen des grünenLichts sind 520 millionstel Millimeterlang. Rote Töne gruppieren sich um650 Nanometer, Blau und Violett um470 bis 380 Nanometer. Bisher werdendie drei Grundfarben für Projektionen


Brillante FARBENfür Laser-TV

Das Auge nimmt Licht als Farbe wahr, in vielfältigen Tönen.In Bildschirmen und Druckereien werden verschiedene Modelleverwendet, um Farben zu mischen. Doch der Zauber fängt erstrichtig an, wenn der Laser ins Spiel kommt.

Fortsetzung auf Seite 18

Der heutige Mensch ist ein Pro-dukt der Evolution: Jahrmillio-nen beherrschte Blattgrün in

allen Schattierungen das Dasein unse-res Planeten, und auch heute nochsteckt der Dschungel in jedem von uns:»Unser Auge ist darauf trainiert, Grünin feinen Farbnuancen wahrzuneh-men«, erläutert Dr. Udo Pohl, Privat-dozent am Institut für Festkörperphy-sik der TU Berlin. »Im Grünen hat das

Spektrum der Sonne sein Maximum.Doch ausgerechnet die grünen Farbenbereiten uns Kopfzerbrechen, weil sie inder gängigen Farbaufbereitung fürMonitore oder Drucker nur unzurei-chend darstellbar sind.« Im Rahmendes sogenannten RGB-Modells lassensich im Prinzip alle Farben des Farb-dreiecks aus Rot, Grün und Blau mi-schen. »Die bisher für RGB zur Verfü-gung stehenden Lichtquellen grenzen


Warum beteiligtsich die TopticaAG an der Erfor-schung der VEC-SEL für Farbmo-delle aus Rot,Grün und Blau(RGB)? VECSEL sindaufgrund des

Zugangs zu einem noch sehr unterentwickeltenSpektralbereich (1100 bis 1300 Nanometer) füruns zur Abrundung unseres Angebotes sehr in-teressant. Außerdem ist der VECSEL-Ansatz inder Ausgangsleistung deutlich über die Grenzevon einem Watt skalierbar. Diese Beschränkungempfinden wir bei den etablierten Kantenemit-tern als sehr einschränkend.

Welche Produkte und welchen Markt erwartenSie in diesem Themenfeld in den nächsten Jah-ren? Wir wollen unsere wissenschaftlichen Dioden-lasersysteme gerne in diesem Spektralbereichabrunden. Insbesondere die effiziente Frequenz-verdopplung, eine Spezialität der Toptica AG,wird uns erlauben, seit Jahrzehnten etablierte,aber sehr unzulängliche Lasersysteme wie Farb-stofflaser im roten, gelben und grünen Spektral-bereich für Aufgaben in der Forschung zu erset-zen. Solche Anwendungen benötigen schmal-bandige und abstimmbare Lichtquellen. Darü-ber hinaus sind natürlich auch industrielleMärkte interessant, die aber nur über weiterge-hende Initiativen in Angriff genommen werdenkönnen. Dies wird in unserem gemeinsamenProjekt durch die Firma Osram geleistet.

Wie gestaltet sich die Zusammenarbeit mit denWissenschaftlern der TU Berlin? Welche Aufga-ben übernimmt Toptica?Die TU Berlin bringt ein in der Welt einzigartigesKnow-how im Wachstum von Quantenpunkt-halbleitern in das Projekt ein. Die Halbleiterschei-ben aus Berlin werden bei je einem Partner in Eng-land und Finnland zu Bauelementen komplettiertund damit für uns erst im wahrsten Sinne des Wor-tes handhabbar. Am Ende der Kette bringen wirdas Halbleitermaterial in Prototypen und Demon-stratoren wirklich zum Leuchten und charakteri-sieren es ausführlich. Die eigentliche Faszinationdes Lasers können die Berliner nur über unsere In-tegrationsarbeit erleben, obwohl sie den wesentli-chen Schritt dazu in der Epitaxie geleistet haben.


Im GESPRÄCH»»Unterwegs zu den Lasern der nächsten Generation«Brillante Farben und VECSEL sind ein wichtiges Thema für die Industrie. Die TOPTICA Photonics AG aus München kooperiertmit der Arbeitsgruppe von Professor Bimberg der TU Berlin im Rahmen des großen europäischen Projektes »NATAL«.Dr. Wilhelm Kaenders ist der Vorstandsvorsitzende von Toptica. Er begründet das Engagement in der Forschung.

Toptica wurde 1998 von zwei Physikerngegründet. Heute hat das in Münchenansässige Unternehmen mehr als 80

Mitarbeiter, davon zirka 35 Physiker und In-genieure. Neben dem Hauptsitz in der bayeri-schen Landeshauptstadt unterhält Topticaeine Tochterfirma in Rochester in den USA.Die Entwicklung und Fertigung von kun-denspezifischen Laserlösungen für Industrieund Forschung erlauben einen Exportanteilvon fast 80 Prozent. Über die enge Verzah-nung der Entwicklung mit Forschungsinsti-tuten kann Toptica von der gut ausgebildetendeutschen Forschungsinfrastruktur profitie-ren. Im Gegenzug erhalten die meist öffentlichgeförderten Einrichtungen einen schnellenund unkomplizierten Marktzugang zur Über-prüfung und ersten Verwertung neuer An-sätze. Die Zusammenarbeit mit dem Ferdin-and-Braun-Institut in Berlin zum Beispielgibt Toptica bei den Halbleiterlasern seit Jah-

ren einen wichtigen Marktvorsprung gegenü-ber internationalen Wettbewerbern. Darüberhinaus ist Toptica die einzige europäischeFirma, die eigene Referenzlaufwerke zur Cha-rakterisierung von neuen roten und blauenSpeichermedien (DVD, HD-DVD und Blue-ray) entwickelt und fertigt. Gerade wurde ineiner intensiven Zusammenarbeit mit der Ar-beitsgruppe von Professor Susanna Orlic ander TU Berlin die Frage untersucht, wie holo-grafische Schreibverfahren zu einer weiteren,dann vierten Generation der optischen Spei-cher beitragen könnten.

Die Firma wird auch in den nächsten Jah-ren weiterhin nach Talenten an deutschenHochschulen suchen, idealerweise junge For-scherinnen und Forscher, die technologischeKonzepte aus ihrer Forschung kommerziellumsetzen wollen.

q www.toptica.com

Im Überblick: TOPTICA Photonics AG


in der Regel durch Lichtquellen wieLeuchtdioden oder Lampen erzeugt.»Dabei geht sehr viel Energie verloren,weil solche Quellen ihr Licht in einembreiten Bereich unterschiedlicher Wel-lenlängen aussenden«, kommentiertUdo Pohl. »Ein Laser hingegen erzeugtimmer nur das Licht einer bestimmtenWellenlänge. Dieses lässt sich zudemgut auf eine kleine Fläche konzentrie-ren. Wir brauchen also drei Emitter fürRot, Grün und Blau, um mit sehr wenigEnergie Licht über große Entfernungenzu übertragen.« So reichen fünf Wattelektrischer Antriebsleistung für einenLaser aus, um Projektionen mit perfek-ter Tiefenauflösung und hoher Brillanzselbst auf unebene Flächen über vieleMeter Entfernung zu übertragen. »Dasschafft eine Lampe mit fünf Watt nie-mals«, meint Pohl. Laser zur Projektionbunter Bilder zu nutzen ist keine neue

Idee. Neu am Ansatz der TU-Physikerist aber, einen exakten Farbstrahl mithoher Intensität zu erzeugen: ohne auf-wendige Linsen oder ein Gewirr vonSpiegeln. Nur ein brillanter, punktge-

nauer Strahl lässt sich ohne große Ver-luste in eine Glasfaser leiten, die ihnsogar um die Ecke bringen kann. »Esgibt Gaslaser, Flüssiglaser, Festkörper-laser und Halbleiterlaser«, erzähltPohl. »In Festkörperlasern steckt einoptischer Kristall, der mit Licht ange-regt wird. Halbleiterlaser werden übli-cherweise elektrisch gepumpt, damitsie Licht abgeben. Wir entwickeln eineTechnologie, bei der ein einfacher Pum-plaser die Scheibe einer Halbleiter-struktur bei einer anderen Wellenlänge,welche mittels Nanostrukturen defi-niert wird, zum Leuchten anregt.«Dabei entsteht im Innern des Halblei-ters ein Lichtstrahl, der zwischen einemexternen Spiegel und dem Halbleiter-chip hin- und herfliegt. Er verlässt die-sen Resonator durch eine kleine Durch-lässigkeit des Spiegels. Diese Laser-bauart erzeugt hohe Lichtleistungenund liefert zudem ein sehr gutes Strahl-profil. Soll heißen: Der Laser tritt fastperfekt kreisrund aus dem externenSpiegel aus, er wird über große Entfer-nungen kaum geschwächt.

Der neue Laser firmiert als VECSEL(Techniker lieben Akronyme), der einehohe Leistungsausbeute mit brillanterStrahlqualität verbindet. »Je mehrPumpleistung wir einsetzen, desto effi-zienter arbeitet die Umwandlung elek-trischer Energie in Licht«, nennt UdoPohl einen weiteren Vorteil. »Das Sy-stem ist frei skalierbar.« In Tests wur-den bereits fünf Watt Lichtleistung er-reicht, der Energieumsatz vom Pump-licht zum VECSEL liegt zwischen 20und 50 Prozent, von der Steckdose bis

2,7 Millionen Euro von der EU

Die Europäische Union fördert die Erforschung der leistungsstar-ken, vielfarbigen VECSEL im Projekt NATAL (6. Forschungsrah-menprogramm). Dafür stellt sie rund 2,7 Millionen Euro bereit.

An den Forschungen sind neben der Arbeitsgruppe von Professor Bim-berg an der TU Berlin auch Forschergruppen aus dem finnischen Tampere,in Strathclyde (Großbritannien) und an der Chalmers-Universität in Gö-teborg (Schweden) beteiligt. Vonseiten der Industrie sind die Toptica AGaus München, OptoCap aus Livingston in England, EpiCrystals in Tam-pere und Osram Optical Semiconductors in Regensburg engagiert. Top-tica stellt die Lasersysteme her, Osram will die VECSEL und Halbleiter-chips später produzieren.


zum punktgenauen Laserstrahl werdenüber zehn Prozent erreicht.

Um bei der Herstellung der Lichtfar-ben möglichst flexibel zu sein, ersetztendie TU-Forscher den Isolator in einemoptisch gepumpten Scheibenlaser durcheinen Halbleiter. Die Isolatorkristallekönnen immer nur Licht mit einer be-stimmten Frequenz abgeben, beispiels-weise Rot aus Rubinlasern. »Wenn wirin den Halbleiter gezielt Quantenfilmeoder Quantenpunkte anderer Atome ein-bringen, können wir die Farbe beliebigmaßschneidern«, sagt Pohl. »Wir inte-grieren einen der beiden Spiegel des Re-sonators in die Halbleiterstruktur, aufdiese Weise ist eine Massenfertigungmöglich.« Der Grund liegt auf derHand: Heutzutage werden überall far-bige Bilder erzeugt und gezeigt, einRGB-System aus VECSELn muss taug-lich für den Massenmarkt sein.

Versuchsweise erzeugten die Wis-senschaftler der TU Berlin einen VEC-SEL, der Licht bei 1040 Nanometernabstrahlt. Diese Wellenlänge gehörtzum nahen Infrarotbereich und ist fürdas menschliche Auge unsichtbar. Miteinem Trick gelingt es den Forschernnun, die Frequenz des Lichts zu ver-doppeln. »Da der Resonator offen ist,können wir einen kleinen nichtlinearenKristall in die Laserstrecke einschleu-sen«, verrät der Physiker. »Der Laserregt ihn an, selbst Licht abzustrahlen,allerdings mit doppelter Frequenz. DieWellenlänge verschiebt sich in das vielgesuchte und für RGB entscheidendwichtige Grüne. Mit kooperierendenPartnern erzeugen wir damit Rot,Grün und Blau, das klappt extremgut.«

Die VECSEL befinden sich noch inder Laborphase, aber bereits jetzt wirdihnen eine glänzende Zukunft voraus-gesagt: Mit wenigen Watt aus derSteckdose erreichen sie eine Leistungs-fähigkeit, für die beispielsweise Gasla-ser die hundertfache Pumpenergiebenötigen. Leistungsfähige Laser mitausgezeichneter Strahlqualität könntenauch die Analytik von Werkstoffen oderMolekülen vorantreiben. In der Medi-zin lassen sich solche präzisen Laserverwenden, um bestimmte Bestandteiledes Bluts sichtbar zu machen. ■

Im GESPRÄCH»»Immer mehr Hersteller werdendiesen Weg wählen«Peter Leibinger ist Stellvertretender Vorsitzender der Geschäftsführung sowie Vor-sitzender des Geschäftsbereichs Lasertechnik/Elektronik der TRUMPF GmbH. Zu-gleich verantwortet er Forschung und Entwicklung und sucht neue Geschäftsfelder.

Die TRUMPF-Gruppe zählt mit einemUmsatz von 1,94 Milliarden Euro undrund 7 300 Mitarbeitern zu den weltweit

führenden Unternehmen in der Fertigungstech-nik. Unter dem Dach einer Holding sind die dreiGeschäftsbereiche Werkzeugmaschinen/Elek-trowerkzeuge, Lasertechnik/Elektronik undMedizintechnik zusammengefasst.

Kerngeschäft sind Werkzeugmaschinen fürdie flexible Blechbearbeitung zum Stanzen undUmformen, für die Laserbearbeitung und zumBiegen. Bei industriellen Lasern und Lasersys-

temen ist das Unternehmen mit Stammsitz inDitzingen nahe Stuttgart Technologie- undWeltmarktführer. Mit über 50 Tochtergesell-schaften und Niederlassungen ist die Gruppe infast allen europäischen Ländern, in Nord- undSüdamerika sowie in Asien vertreten. IhreWerke befinden sich in Deutschland, China,Frankreich, Mexiko, Österreich, Polen, in derSchweiz, in Taiwan, Tschechien und in denUSA.

q www.trumpf.com

Marktführer bei Industrielasern

Mit welcher Absicht ist TRUMPF an der Erforschung von Lasern mit hoher Brillanz interessiert?Die TRUMPF-Gruppe ist Markt- und Technologieführer bei Lasern für die Materialbearbeitung.Dies gilt auch für sogenannte diodengepumpte Festkörperlaser. Unsere Kunden sind Hersteller vonIndustrie -und Konsumgütern. Wir möchten unsere führende Position im Weltmarkt gerne halten.Daher stecken wir viel Energie in die Erforschung und Entwicklung von Diodenlasern, da wir über-zeugt sind, dass Industrielaser mittelfristig von der Halbleitertechnik dominiert werden. Die Ent-wicklung von Diodenlasern hoher Brillanz ist eine logische Erweiterung dieser Strategie.

Welche Technologie favorisiert TRUMPF?TRUMPF favorisiert die für seine Kunden und die jeweilige Anwendung am besten geeignete La-sertechnologie. Auf lange Sicht hat der Halbleiterlaser das Potenzial, viele – wenn auch nicht alle –heutigen Laserkonzepte abzulösen. TRUMPF setzt deshalb auf alle Lasertechnologien, vom Halblei-terlaser über Kohlendioxidlaser, Scheibenlaser bis hin zum Faserlaser.

Auf welche Weise werden solche Laser unser Leben in den kommenden Jahren verändern? Welcheneuen Anwendungen stehen ihnen offen?Die jetzt schon zu beobachtende Entwicklung der höheren Leistung bei gleichzeitig niedrigeren Kos-ten bei Industrielasern wird sich fortsetzen. Dies wird sicherlich zu einem noch breiteren Einsatz vonLasern in der Herstellung von Produkten führen. Beispielsweise können Automobile mit Lasern ge-schweißt leichter und gleichzeitig stabiler werden. Mit leistungsfähigeren und kostengünstigerenLasern werden mehr Hersteller diesen Weg wählen.

Wie gestaltet sich die Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern der TU Berlin?Wir beginnen die Zusammenarbeit gerade erst, daher kann ich nur sagen, dass die ersten Begeg-nungen mit Professor Bimberg sehr angenehm waren. Das kann allerdings auch daran liegen, dasswir beide aus Stuttgart kommen…



Rückkehr aus Übersee: Bis vorzwei Jahren forschte Prof. Dr.Michael Kneissl in Palo Alto,

in einer Ideenschmiede des Elektronik-konzerns Xerox, der unter anderemKopiergeräte herstellt. »Ich habe dortHalbleiterlaser auf Nitridbasis entwi-ckelt, für schnelle, hochauflösende La-serdrucker«, erzählt der 41-jährigePhysiker, der nun am Institut für Fest-körperphysik der TU Berlin lehrt undforscht. »Dabei kamen herkömmlicheInfrarotlaser zum Einsatz. Da die mi-nimale Spotgröße des Laserdruckersvon der Wellenlänge des Lasers ab-hängt, versprechen kürzere Wellenlän-gen eine bessere Auflösung. Dazubraucht man Licht mit einer höherenFrequenz, also grüne und blaue Laser,bis in den violetten Bereich hinein, fürsehr hochauflösende Drucker.«

Seit August 2005 arbeitet MichaelKneissl als Professor an der TU Berlin,außerdem leitet er den Geschäftsbe-reich Galliumnitrid-Optolektronik amFerdinand-Braun-Institut für Höchst-frequenztechnik in Adlershof. Er ist denNitridlasern treu geblieben, denn grü-nes und blaues Laserlicht können nichtnur die Kopiertechnik verfeinern. Auchin der Datentechnik spielen sie eineenorme Rolle, wenn auch meist un-sichtbar: Herkömmliche CD-ROM be-nötigen Schreib- und Leseköpfe, die mitinfraroten Lasern arbeiten, bei einerWellenlänge von 780 Nanometern. Dassind unvorstellbare 780 millionstel Mil-limeter, so dicht liegen die Datenspurenauf der Scheibe nebeneinander. EinenSprung in der Speicherkapazität mar-

kierten die DVDs, die vor einigen Jah-ren auf den Markt kamen. In ihnensteckt ein roter Laser mit 650 Nanome-tern Wellenlänge, weshalb man mehrDaten auf einer Scheibe unterbringenkann. Ganz neu sind die sogenannten»Blue-ray-DVDs« oder »High-Defini-tion-DVDs«, in denen ein blau-violetterLaser mit 405 Nanometern die Datenschreibt. Einseitige (single layer) Blue-ray-DVDs fassen immerhin 25 bis 30Gigabyte, also das 40-Fache einer CD-ROM.

Man kann die Laser auch nutzen, umbrillante Farben auf Displays zu wer-fen, über weite Entfernungen oderdurch Glasfaser, mit nur wenig Strom,um die Laserdioden zu pulsen. Ge-wöhnlich werden Farben aus drei

Grundfarben gemischt: Rot, Grün undBlau. Das sogenannte RGB-Farbmo-dell stand schon beim FarbfernsehenPate. Jeder Computermonitor nutzt es,um Millionen Farbnuancen anzuzei-gen. Allerdings werden die Grundfar-ben in den Geräten durch Lampen oderElektronenstrahlen erzeugt, sie sindEnergiefresser schlechthin. Laser-TVerreicht eine viel höhere Brillanz, au-ßerdem halten die Halbleiterbauele-mente viel länger als die großen Bild-schirme. Das Konzept ist simpel: Deraus den drei Grundfarben resultierendeLaserpunkt wird durch kleine Spiegelin ein Raster gelenkt. Während rote La-ser schon verfügbar sind, geht es nundarum, auch grüne und blaue Laser soweit zu entwickeln, dass der ganze Pro-

SCHWERESGERÄTwird ausrangiert

Nach Flachbildschirmen und HDTVkündigt sich schon eine neue Generationder bewegten Bilder an: Leichte undenergiesparende Laserprojektoren erlau-ben eine bislang ungekannte Brillanzder Farben. Dabei passen siein eine Streichholzschachtel.

das Licht in alle Raumrichtungen, wases sehr schwierig macht, dieses Licht zufokussieren. Osram Opto Semicon-ductors, einer der weltweit fünf größtenAnbieter solcher LEDs, ist als Industrie-partner in die Forschungen der TU Ber-lin eingestiegen. »Blaue LEDs erreichenim Labor schon eine Energieausbeutevon 60 Prozent«, berichtet Kneissl.»Eine normale Glühlampe kommt kaumüber fünf Prozent, 95 Prozent der Ener-gie gehen als Wärme verloren.« LEDsstrahlen ihr Licht mit viel höhererLeuchtkraft ab als Lampen. »Währendeine herkömmliche Lampe bei rund 1000Stunden ihr Licht aushaucht, laufen dieLEDs zwischen 50 000 und 100 000Stunden, ohne an Leuchtkraft zu verlie-ren«, rechnet Kneissl vor. »Bekannt sindrote und gelbe LEDs für Ampeln. Sie ba-sieren auf Indiumgalliumnitrid.«

Um die Halbleiter für Laser undLEDs mit den gewünschten Eigen-schaften herzustellen und Variantenmöglichst schnell zu erproben, verfügtdie TU Berlin seit Kurzem über einNanolabor, das in Europa seinesglei-chen sucht. »Wir haben gerade einenagelneue Anlage zur Gasphasenepi-taxie für Nitridhalbleiter eingerichtet.Sie ergänzt eine ältere Anlage«, sagtMichael Kneissl. »Am Ferdinand-Braun-Institut in Adlershof, mit demwir eng kooperieren, gibt es zwei wei-tere Anlagen, eine neue wollen wirhinzukaufen.« ■


jektor in eine Streichholzschachtelpasst. »Noch divergiert der Laserstrahlzu stark, wenn er aus dem Halbleiteraustritt«, sagt Kneissl. »Am besten, derStrahl wäre so scharf und punktgenau,dass er mühelos in eine Glasfaser ein-laufen kann. Eine solch hohe Brillanzist eines unserer Forschungsziele.«

Blaue Halbleiterlaser sind bislangkaum aus den Labors zu bekommen,und grüne Laserdioden gibt es über-haupt noch nicht. Kneissls Arbeitsgrup-pe am Ferdinand-Braun-Institut hat siesich nun auf die Fahnen geschrieben.Leuchtdioden (LEDs) in diesen Spektral-farben sind hingegen schon kommerziellverfügbar. Im Unterschied zu Lasernhaben LEDs ein breites Spektrum von 20bis 30 Nanometern, und sie emittieren

Zukunftspreis fürLED-Forscher

Bundespräsident Horst Köhler hat den Zukunftspreis2007 an ein Team aus Forschern von Osram Opto Se-miconductors in Regensburg und des Fraunhofer-

Instituts für Optik und Feinmechanik in Jena vergeben. Dr.Klaus Streubel (Foto, r.), Dr. Andreas Bräuer und Dr. StefanIllek (Foto, l.) erforschen neuartige Leuchtdioden für Anwen-dungen im Alltag. Den Wissenschaftlern war es gelungen, dieLichtstärke von Leuchtdioden deutlich zu erhöhen. Leuchtdio-den wandeln Strom effizienter in Licht um als herkömmlicheGlühbirnen. Durch den geringeren Stromverbrauch könnensie erheblich zur Reduktion von Kohlendioxid beitragen. DerPreis ist mit 250 000 Euro dotiert.


Im GESPRÄCH»

Warum beteiligt sich Osram Opto Se-miconductors an der Erforschung dersichtbaren Laser?Osram Opto Semiconductors entwickeltund produziert Komponenten für Visua-lisierung, Sensorik und Beleuchtung. Beidiesen Anwendungen kommt den sicht-baren Lasern eine besondere Bedeutungzu: Sie sind sehr kompakte Lichtquellenmit besonders hoher Leuchtdichte. Da-her entwickelt Osram Opto Semicon-ductors unter anderem Laser im roten,grünen und blauen Spektralbereich, diezukünftig für Laserprojektionen einge-setzt werden können. Rote Laser sindferner in der Medizintechnik gefragt,zum Beispiel zur Aktivierung von medi-zinischen Wirkstoffen im Körper.

Welche Produkte erwarten Sie in dennächsten Jahren?Für die Laserprojektion sind Laserquel-

zu durchdringen. Die Projektionsein-heit – und damit auch die Laserlicht-quelle – muss ähnliche Preisregionenerreichen wie heute jene für optischeDatenspeicher. Zusätzlich kommennoch ab 2010 einige hunderttausendLaserquellen für Datenbrillen, PDAs,iPods, Spielkonsolen, Laptops und soweiter hinzu. Sie werden ihre Reife erstin einigen Jahren erreichen.

Wie gestaltet sich die Zusammenarbeitmit Wissenschaftlern, beispielsweise ander TU Berlin? Welche Aufgaben über-nimmt Osram Opto?Laserlichtquellen sind hochinnovativeForschungsgebiete, an denen weltweitgearbeitet wird. Osram arbeitet beisichtbaren Lasern mit verschiedenenUniversitäten und Forschungsinstitutenzusammen. Solche Kooperationen kön-nen in Forschungsverbünden organi-

»Wir richten uns auf globale Zukunftsmärkte«Dr. Uwe Strauß leitet die Laserentwicklung bei Osram Opto Semiconductors in Regensburg. Er gibtAuskunft, welche Erwartungen die Industrie hegt und warum sich Osram Opto in der Forschung engagiert.

Bereits in den 1970ern begann die Halbleitertochter von Sie-mens in Regensburg mit der Vermarktung und Produktionvon LEDs: Eckpfeiler der Produktentwicklung waren zum

Beispiel der Start der SMT-Bauformen mit der Top-LED 1990, die ers-te blaue LED 1994 und auch der erste LED-Dünnfilmchip im Jahr2001. Im April 2003 wurde die modernste Opto-Chipfertigung derWelt in Regensburg-Burgweinting eröffnet. Die neue Fabrik fertigtChips für LEDs, Laserdioden und Sensoren. Auch in den USA ist Os-ram Opto Semiconductors vertreten. Das amerikanische Hauptquar-tier befindet sich in Santa Clara. Weltweit hat das Unternehmen mehrals 3600 Mitarbeiter, davon 1500 in Regensburg. Für die gesamteBandbreite der Halbleitertechnologien hält Osram Opto Semicon-ductors mehr als 3000 Patente. Ein großer Teil davon deckt die Tech-nologien zur industriellen Fertigung von LEDs und Lasern ab, die aufGalliumnitrid und Indiumgalliumnitrid basieren.

Im Überblick: Osram OptoSemiconductors

len für komplette Pico-Projektoren alsStand-alone- oder Add-on-Geräte undKomponenten für integrationsfähigeModule, sogenannte Embedded Sys-tems, angedacht. Sie können die Bildin-halte in Verbindung mit Notebooks,Handys, PDAs, Kameras, Spielkonso-len oder Navigationsgeräte und Daten-brillen vergrößert und mit besserer Auf-lösung wiedergeben.

Gibt es dafür schon einen Markt?Die angestrebten Innovationen richtensich auf globale Zukunftsmärkte, diesich gerade erst im Aufbau befinden.Für Laserprojektoren sehen wir erhebli-che Chancen in drei bis fünf Jahren.Das höchste Potenzial liegt bei Mobil-telefonen, wo Millionen sichtbare Laserbenötigt werden. Voraussetzung dafürist eine strenge Kostensenkung, um denMarkt mit möglichst hohem Volumen


siert sein, die das Bundesfor-schungsministerium fördert. Wirkooperieren aber auch bilateral,oder Osram tritt als Unterstützerbei der Bildung universitärer For-schungsverbünde auf. Beispielefür solche Verbünde sind »RoteHalbleiterlichtquellen für medizi-nische Anwendungen« oder»Technologien für ultrakompakteund mobile Laser-Projektionssys-teme«. Als Beispiel für einen reinuniversitären Forschungsverbundsei die Entwicklung von grünenLasern auf der Basis von Gallium-nitrid genannt. Dieses Thema istnoch sehr weit von einer techni-schen Demonstration entfernt,dort müssen noch Grundlagen er-arbeitet werden. Ein solcher For-schungsschwerpunkt wurde gera-de an der Technischen UniversitätBerlin mit Finanzierung durch dieDeutsche Forschungsgemein-schaft aufgebaut, das befürwortenwir sehr.

Das Gespräch führteHeiko Schwarzburger.

Seit vielen Jahren arbeiten die TUBerlin und das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfre-

quenztechnik (FBH) erfolgreich in Pro-jekten zusammen. Auch im neuen Son-derforschungsbereich (Sfb) »Nanopho-tonik« gibt es eine enge Kooperation mitdem von Dr. Götz Erbert geleiteten Ge-schäftsbereich »Diodenlaser« des FBH.Das Institut beschäftigt sich hier mit derSteigerung von Brillanz, Effizienz undZuverlässigkeit von Hochleistungsdio-denlasern auf der Basis von III/V-Ver-bindungshalbleitern. Es deckt dabei diegesamte Wertschöpfungskette ab undentwickelt Laserdioden in einem breitenWellenlängenspektrum, vom sichtbarenbis zum NIR-Bereich. Diese kommenu.a. in Anwendungen in der Materialbe-arbeitung, Lasertechnologie, Medizin-technik und Präzisionsmesstechnik zumEinsatz. Neben der Optoelektronik liegtein weiterer Forschungsschwerpunktdes FBH in der Mikrowellentechnik.Das Ferdinand-Braun-Institut ist ein in-ternational anerkanntes Kompetenzzen-trum für III/V-Verbindungshalbleiter,das über eine sehr gute Material- undProzessanalytik, eine umfassende Bau-elemente-Messtechnik und hervorra-gende Werkzeuge für Simulation undCAD verfügt. Seine Forschungs-

ergebnisse setzt es in enger Zusammen-arbeit mit der Industrie um und transfe-riert innovative Produktideen erfolg-reich durch Spin-offs.

Gemeinsam forschen TU Berlin unddas FBH im Sfb an neuartigen hoch-brillanten Lasern im nahen Infrarot, imsichtbaren Spektralbereich und an UV-LEDs. Die Zusammenarbeit geht je-doch weit über eine gängige For-schungskooperation hinaus. So ist derSprecher des Sfb Prof. Dr. MichaelKneissl sowohl als Professor an der TUBerlin als auch als Geschäftsbereichs-leiter »GaN-Optoelektronik« am FBHaktiv. Das Ferdinand-Braun-Institutbeschäftigt sich in diesem Bereich mitder Realisierung von Laserdioden fürden blau-grünen Spektralbereich undLeuchtdioden (LEDs) im nahen und fer-nen UV. Prof. Dr. Günther Tränkle istnicht nur Direktor des FBH, sondernauch Professor in der Elektrotechnikfür das Fachgebiet Mikrowellen- undOptoelektronik. Durch diese vielfälti-gen Verbindungen profitieren univer-sitäre und außeruniversitäre Forschungvon den positiven Synergieeffekten undneuen Ideen, die aus der Zusammenar-beit entstehen.

q www.fbh-berlin.de

NANObl ick»Starker Partner in Adlershof: das Ferdinand-Braun-Institut


Money Makes The World GoRound: Reichte früher derkundige Blick des Bankiers,

um sich von der Echtheit eines Geld-scheins zu überzeugen, muss heuteHightech ran. Die neuen Euro-Scheineoder beispielsweise das Pfund SterlingIhrer Majestät der Queen beinhaltenfein eingewebte Fäden im Papier, dieunter einer UV-Lampe leuchten. Mitdem bloßen Auge kommt man da nichtweit, denn ultraviolettes Licht schließtsich dem violetten Spektrum des sicht-baren Lichts an. Weil es mit dem Son-nenlicht auf die Erde kommt, ist es fak-tisch überall, jedoch in so geringer In-tensität, dass man es kaum bemerkt.Bestimmte Anteile des UV-Spektrumswerden durch die Atmosphäre gänzlichabgeschirmt.

REICH AN ENERGIE

Ultraviolettes Licht ist sehr energie-reich und deshalb für viele Organismentödlich. »Diesen Effekt nutzt man aus,um Wasser zu desinfizieren«, erläutertDr. Michael Kneissl, Physikprofessoran der TU Berlin und Leiter des Ge-schäftsbereiches GaN-Optoelektronikam Ferdinand-Braun-Institut fürHöchstfrequenztechnik. »Mithilfe vonspeziellen Lampen wird das Wassersogenannter UVC-Strahlung mit einerWellenlänge von 100 bis 280 Nanome-tern ausgesetzt. Die Bakterien und Vi-ren nehmen die UV-Photonen auf. IhreEnergie sprengt die Bindungen in derDNS, die Organismen können sichnicht fortpflanzen. Ihre Vermehrung istunterbrochen.« In den Vereinigten Staa-ten ist diese Technik zur Wasserhygie-ne schon Standard. Allerdings kommenbislang Dampflampen mit Quecksilberzum Einsatz, nicht minder teuflisch alsBakterien und Viren. »Wir wollen dieQuecksilberlampen durch UV-Leucht-dioden, sogenannte UV-LEDs, erset-zen«, meint Kneissl. »Dazu müssen wiraber noch einige Hindernisse überwin-den, denn LEDs für ultraviolettes Lichthinken Leuchtdioden für Rot, Grünoder Blau um fünf bis zehn Jahre hin-terher. Der Forschungsbedarf hinsicht-lich der Halbleitermaterialien und derChiptechnologie ist erheblich.«

MitLICHTgegen

VIREN

Neuartige Leuchtdiodenfür ultravioletteStrahlung helfen,Wasser zu reinigen unddie Füllungen für Zähneauszuhärten. Vor allemaber sparen sie vielEnergie und Platz.

Um Wasser zu desinfizieren, brauchtman Licht mit einer Wellenlänge zwi-schen 265 Nanometern und 280 Nano-metern. Die Forscher und Forscherin-nen der TU Berlin und des Ferdinand-Braun-Instituts haben ihre Ziele weitergefasst: Sie wollen UV-Dioden für 210bis 400 Nanometer entwickeln. »EineLeuchtdiode braucht viel weniger An-triebsstrom als eine Lampe, bei der diemeiste Energie in Wärme umgesetztwird«, erklärt Michael Kneissl. »EineLED für UV-Licht braucht keine Auf-wärmphase. Die Wellenlänge desLichts, das sie abstrahlt, kann für die je-weilige Anwendung optimal zuge-schnitten werden, ganz anders als dieQuecksilberlampe, bei der man dieWellenlänge nicht einstellen kann.« Au-ßerdem leuchten LEDs 50- bis 100-mallänger als konventionelle Lichtquellen.

In vielen Regionen der Erde ist dieschlechte Qualität des Trinkwassers einwachsendes Problem, nicht nur in Kri-sengebieten. In Mexiko, Südamerikaoder auch Südeuropa muss das Wassererhitzt und abgekocht werden, bevor esfür Getränke oder Speisen infragekommt. »UV-LEDs könnte man direktan den Wasserhahn anbauen«, zeichnetMichael Kneissl seine Vision. »Manmuss sich nicht mehr darum kümmern,woher das Wasser kommt, denn mankann es dort desinfizieren, wo es ver-braucht wird.« In Deutschland hat sichdiese Technologie noch nicht herumge-sprochen. Um Keime im Trinkwasserabzutöten, muss das Wasser im Tankkurz auf mehr als 65 Grad Celsius er-hitzt werden. Dafür werden enormeWärmemengen verbraucht. UV-spen-dende LEDs könnte man aus Solarzel-len speisen, damit wäre die Desinfekti-on vollkommen autonom möglich. Vorallem für abgelegene Gebiete ist dieseLösung interessant. Nicht nur dort: InKneissls Mailbox liegt eine Anfragevon Airbus. Die Wassertanks in denFlugzeugen müssen gleichfalls desinfi-ziert werden, am besten schnell, rei-bungslos und mit geringem Aufwand.

Die Forscher und Forscherinnen umMichael Kneissl arbeiten an LEDs, de-ren Wellenlänge innerhalb des UV-Be-reichs genau eingestellt werden kann.Das erlaubt die medizinische Anwen-dung des Lichts. Während harte UV-

ben auf Verpackungen für Supermärk-te so auszuhärten, bis sie wasserfestsind. Die Berliner Forschungen werdendurch die Firma Heraeus Noblelight inHanau unterstützt, einen der wichtigs-ten Hersteller von UV-Lampen. »Hera-eus ist an unseren Forschungen zu denLEDs sehr interessiert, auch zur Här-tung mit ultraviolettem Licht«, sagtKneissl. »Unser Ziel ist es, die Ideenund Lösungen möglichst schnell innützliche Produkte zu überführen. DieLEDs sparen Energie, ersetzen Queck-silberdampflampen und eröffnen demUV-Licht eine Reihe neuer technologi-scher Einsatzfelder.« ■


Strahlung beispielsweise Hautkrebsverursachen kann, hat UV-Licht zwi-schen 310 und 320 Nanometern Wellen-länge eine heilende Wirkung bei Schup-penflechte. »Auch bei dieser Anwen-dung ist die UV-Leuchtdiode derQuecksilberdampflampe überlegen,denn mit der Lampe kann man die Wel-lenlänge der Strahlung nicht variie-ren.« Mit LEDs wäre es auch einfacher,Farben und Kunststoffe auszuhärten.Diese Technologie wird zum Beispielbeim Zahnarzt angewendet, um Zahn-füllungen mithilfe von UV-Lampenauszuhärten. Ultraviolettes Lichtkommt auch zum Einsatz, um die Far-

Innerhalb von 20 Jahren haben sich dieLaser in der Diagnose von Krankheiteneinen wichtigen Platz erobert. Mit La-

sertechnik lassen sich verschiedene Krebs-arten frühzeitig erkennen, auch andere Ge-webeveränderungen oder Störungen in denKörperzellen lassen sich nachweisen. Lasererzeugen hochaufgelöste Bilder, die man mitmodernen Verfahren der Visualisierung her-vorragend auswerten kann. Solche Kameras

werden mithilfe feiner Schläuche ins Kör-perinnere geführt. Diese Endoskope lassensich sogar mit Laserskalpellen zur minimal-invasiven Chirurgie verbinden.

In diesem Geschäft sind einige großeElektronikkonzerne unterwegs, beispiels-weise General Electric (GE) aus den USAoder die deutsche Siemens AG. 2006 und2007 hielten mehrere Firmenübernahmendie Branche in Atem.

NANObl ick»Diagnostik auf dem Vormarsch


Adlershof hat für die TU Berlinnicht nur in der Forschung einegroße Bedeutung. Im größten

Wissenschaftspark der neuen Bundes-länder siedeln sich auch Firmen an, dieaus der Universität hervorgegangensind. Sie besetzen spezielle Nischen imGeschäft mit der Lasertechnologie. Sostellt die Firma Lumics in AdlershofKomponenten für Laser in der Telekom-

munikation, Messtechnik und in der In-dustrie her. Zigtausend Laserteile ge-hen jährlich von dort auf die Reise,meist nicht größer als ein Fingernagel.22 Mitarbeiter und Mitarbeiterinnensetzen im Jahr rund 3,5 Millionen Euroum, davon über 50 Prozent im Ausland.»Über die Hälfte unseres Umsatzesmachen wir mit Pumplasern für Ver-stärker in der Telekommunikation«,

sagt Dr. Nils Kirstaedter, Gründer undGeschäftsführer von Lumics. Die La-serdioden verstärken die Lichtwellen inGlasfasernetzen, etwa alle dreißig bissiebzig Kilometer. »Mittlerweile konn-ten wir unsere Produktpalette deutlicherweitern, mit Laserstrahlquellen zurMaterialbearbeitung und für medizini-sche Anwendungen.« Lumics-Laserdurchleuchten Lebensmittel oder Blut,

Neue NISCHENmit LASERN

Die Firma Lumics gehört weltweit zu den Spezialisten für Laserdioden.Nun eröffnet sie sich ein neues Geschäftsfeld: Laser zum Schweißen,Schneiden und Schreiben.


aus den Spektren lassen sich Rück-schlüsse auf Verunreinigungen ziehen.Ein spezieller gepulster Faserlaser miteiner Wellenlänge von 1064 Nanome-tern, für den Lumics die Laserkompo-nenten liefert, ist in der Lage, Stahl, Ble-che und Textilien zu schneiden, bei-spielsweise im Automobilbau und inder Bekleidungstechnik. »Zurzeit bau-en wir das Lasergeschäft für indust-rielle Anwendungen aus«, meint Kirs-taedter. »Wir fertigen Laser mit Wellen-längen zwischen 750 und 1100 Nano-metern. Um damit zu schweißen oderMaterial zu zerschneiden, muss manmindestens 100 Watt Laserleistung mit

einigen Kilowatt Pulsleistung in eineGlasfaser bringen, die nur einige zehn-tel Millimeter dick ist.« Für stärkereLaserschweißanlagen braucht manmehrere Kilowatt, dann sind die Faserndicker.

Der Laser ist ein universelles Werk-zeug. Immer mehr Firmen nutzen ihn,um Bauteile zu markieren, beispiels-weise Bleche, Stoffe, Folien oder Plas-tikflaschen. Dann wandert der Laser-strahl wie ein Stift über das Material,bringt Kennnummern, das Verfallsda-tum oder Signets auf. »Die Industrienutzt bisher Gaslaser oder lampenge-pumpte Festkörperlaser, die Licht miteiner Wellenlänge von 1064 Nanome-tern abgeben«, erläutert Kirstaedter.»Mit kleinen Laserdioden kann mansehr kompakte Laser herstellen, die vielweniger Energie verbrauchen, sichleicht pulsen lassen und zudem in derWellenlänge variabler sind. Überall,wo die Laserdiode in der Anwendungdirekt als Lichtquelle eingesetzt wird,wird sie bald kompliziertere Systemewie Gaslaser und Festkörperlaser ver-drängen.«

DIE GESAMTE TECHNOLOGIE

Lumics möchte die gesamte Technolo-gie vom Chip bis zur kompletten Laser-strahlquelle weiterentwickeln und opti-mieren. Gemeinsam mit dem benach-barten Ferdinand-Braun-Institut fürHöchstfrequenztechnik und zwei ande-ren Firmen aus der Region sollen dieKosten für industrietaugliche Laserdio-densysteme in den Keller gedrückt wer-den. »Unser Ziel ist die automatisierteFertigung, dafür wollen wir einenWachstumskern hier in Berlin errich-ten«, sagt der 42-jährige Physiker, dervor etlichen Jahren bei Dieter Bimbergan der TU Berlin promoviert hat undfür seine Dissertation den Carl-Ram-sauer-Preis erhielt. »Das ist unsereAntwort auf die Niedrigpreise aus Chi-na. Unsere Partner wollen mehr alseine Million Euro investieren, in dreiJahren wollen wir bei zehn Dollar proWatt Laserleistung ankommen.«

Produktionsabläufe zu optimieren,das ist eine Stärke von Nils Kirstaedter.Nach seiner Promotion arbeitete er vier

Jahre lang bei SAP am Hauptsitz inWaldorf nahe Heidelberg. »Dort habeich gelernt, Produktionsketten zu analy-sieren und zu optimieren«, erläutert er.»Das kann man an der Universität nichtlernen. Unsere Kunden wollen hoheStückzahlen in hervorragender Qualitätund genau zum vereinbarten Termin.«Lumics residiert im Photonikzentrumim Wissenschaftspark in Berlin-Adlers-

hof. Kirstaedter schätzt vor allem dieNähe zu wichtigen Partnern, allen vo-ran das Ferdinand-Braun-Institut fürHöchstfrequenztechnik. »Dort nutzenwir zum Beispiel die Waferprozesstech-nik mit, ebenso wie wir an der TU Ber-lin die Analytik nutzen«, sagt er.

Ähnlich wie bei Computern verdop-pelt sich bei Lasern alle zwei Jahre dieLeistungsfähigkeit – zum gleichenPreis. Deshalb wendet Lumics bis zu ei-nem Fünftel seines Budgets für For-schung und Entwicklung auf. »UnserZiel muss es sein, eine ausreichendeGröße zu erreichen, damit wir bei denweltweiten Kunden als leistungsstarkerund dauerhaft zuverlässiger Lieferantwahrgenommen werden«, sagt Kir-staedter. »Wir sind eine moderne Pro-duktionsfabrik, die ihre Prozesse mitDatentechnik steuert, keine Werkstattmit Handarbeit.« ■

q www.lumics.com


Laser mit hoher Leistung und bril-lanter Strahlqualität will auchdie Firma Photonic Band Crys-

tals (PBC) entwickeln. Aus einem For-schungsprojekt mit Siemens entstandeine Laserdiode, die einen fast paralle-len Laserstrahl abgibt. »Dieses Bauteilist sehr preiswert und robust«, erläutert

Prof. Dr. Nikolai Ledentsov, einer derGründer von PBC. »Die Diode ist bei-spielsweise für Anwendungen im Scan-ning und in der Analytik wichtig.« DasZiel für die PBC-Dioden sind 100Lichtkanäle. »Unser Laser erzeugtStrahlen eines breiten Wellenlängen-bandes und von ausgezeichneter Quali-

tät. Man kann mehrere Kaskaden die-ser Dioden hintereinanderschalten, umLeistungsbereiche von mehreren Kilo-watt zu erreichen. Dann eignen sie sichauch für das Laserschweißen oder La-serschneiden.«

Derzeit beschäftigt PBC Mitarbeiterund Mitarbeiterinnen in Russland, in

Eine Kooperation von Forschern und Forscherinnen der TU Berlin, ausSt. Petersburg und der Firma Siemens trägt nun Früchte: Photonic BandCrystals lässt einen Quantensprung im Laserschweißen erwarten.

WERKZEUGvon höchster PRÄZISION


Deutschland und Israel. Die Laserdio-den geben einen nahezu perfektenStrahl ab, der sich leicht in Glasfaserneinschleusen lässt. Auf aufwendige Op-tik, um den Strahl in die hauchfeinenGlasröhren zu bündeln, kann man ver-zichten. »Dadurch braucht man nurwenig Energie, um eine hohe Aus-gangsleistung zu erzeugen«, erklärt Le-dentsov. »PBC-Dioden erlauben einehohe Flexibilität, sie lassen sich billig,effektiv und kompakt herstellen.« Laserwerden beispielsweise im Automobil-bau angewendet, um Stahlbleche fürdie Karosserien zu schweißen. Auch Fo-lien oder Kunststoffe kann man damitschweißen, alle wichtigen Wellenlän-gen sind möglich. Die Solarindustriezum Beispiel nutzt Laser, um die Solar-zellen zu strukturieren.

AUSGEZEICHNETEAUSSICHTEN

Nikolai Ledentsov ist Professor am re-nommierten Ioffe-Institut in St. Peters-burg, das weltweit als eine der führen-den Ideenschmieden für Halbleiter-technik gilt. In nunmehr zehn Jahrenhat er das PBC-Konzept gemeinsammit Wissenschaftlern der TU Berlinentwickelt, mehr als 600 000 Euro hatdie Forschung bisher verschlungen.Bei PBC ist mittlerweile die Russian

Technology Group als Investor einge-stiegen. Siemens hat erste PBC-Chipsund Halbleiterbauelemente in seineLasersysteme eingebaut, um sie zu er-proben.Die Aussichten sind nicht schlecht: Derweltweite Markt für Geräte zur Laser-bearbeitung wird 2012 auf rund zehnMilliarden US-Dollar veranschlagt.Am schnellsten wachsen darin die dio-dengepumpten Laser und die Faserla-ser, bei denen mehrere Laserdioden ineine Glasfaser feuern. Immer mehr In-dustrien nutzen die Laser, um ihre Fer-tigungssysteme zu automatisieren.Denn kein anderes Werkzeug arbeitetso energiesparend, flexibel, punktge-nau und unermüdlich wie ein Laser, dermit einer Glasfaser jede Ecke oder Kan-te überwinden kann. Für Laser in derAnalytik schätzt man den Weltmarktauf rund 20 Milliarden Dollar. »Mit un-seren hochleistungsfähigen PBC-La-sern spielen wir ganz oben in der Laser-technologie mit«, meint Nikolai Ledent-sov. Die Firma stellte ihre Technologieunter anderem kürzlich auf der führen-den Lasermesse Photonics West im ka-lifornischen San Jose vor. »Perspekti-visch wollen wir PBC komplett nachBerlin holen«, verrät Ledentsov. »Wirkönnen hier auf eine starke Arbeits-gruppe an der TU Berlin bauen. Es istan der Zeit, die Unternehmensteile zu-sammenzuführen.« ■

Der farbverändernde Effekt von Quanten-punkten wurde schon im Mittelalter ge-nutzt, wenn auch ohne Kenntnis der moder-

nen Wissenschaft. Bei der Herstellung vonKirchenfenstern wurde der Glasschmelze feinerGoldstaub zugesetzt, in kleinsten Mengen. DieSchmelze wurde nach speziellen Rezepten getem-pert. Anschließend hatte dieses Glas die Eigenschaft,bei Einfall von Sonnenlicht bestimmte Farben zu er-zeugen. Heute wissen wir, dass bei dieser Rezepturkleinste Goldpartikel mit wenigen NanometernDurchmesser entstehen, deren Elektronen im sicht-baren Bereich schwingen. Der Durchmesser der Par-tikel und damit ihre Schwingungsfrequenz wurdenbereits vor tausend Jahren ohne tiefere Kenntnissedurch Probieren eingestellt.

NANObl ick»Schillernde Kirchenfenster


Wettrüsten auf der Datenauto-bahn: Um elektronischenGeldverkehr, militärische

Nachrichtenkanäle oder das Rote Tele-fon zwischen dem Bundeskanzleramtund dem Weißen Haus abzusichern,werden mit immer stärkeren Compu-tern immer kompliziertere Verschlüsse-lungsmethoden erfunden. Doch auchdie Gegenseite rüstet auf: Hacker, Kri-minelle und Geheimdienste nutzen im-mer leistungsstärkere Supercomputer,um die mathematischen Algorithmenzu knacken.

Es ist nur eine Frage der Zeit und derLeistungsfähigkeit der Rechenmaschi-ne, bis eine neue Runde des Wettlaufsbeginnt. Dabei könnte es so einfachsein: Wenn nur der Sender und derEmpfänger den Schlüssel für eine

Nachricht kennen, ist es unmöglich, dieInformationen zu knacken. Aber nurgroße Geheimdienste können es sichleisten, vertrauensvolle Kuriere durchdie Welt zu schicken, um sichereSchlüssel zu verteilen. Alle anderenmüssen sich auf komplizierte mathe-matische Verfahren verlassen. Bei derheute benutzten sogenannten asym-metrischen Verschlüsselung könnenzwei Partner eine Nachricht verschlüs-seln, ohne vorher einen Schlüssel aus-zutauschen. Die Sicherheit ist jedochnur durch den Aufwand gegeben, denein Rechner benötigt, um die Nachrichtzu knacken. So wird für das Online-Banking zurzeit ein Schlüssel verwen-det, für den normale PC einige Millio-nen Jahre brauchen. Der leistungs-stärkste Computer der Welt erledigt

diese Aufgabe jedoch in zehn Sekun-den.

Ein einziges Photon kann dem Kes-seltreiben ein Ende setzen. Die beidenDoktoranden Erik Stock (31) und MarcAnatol Lochmann (32) des Instituts fürFestkörperphysik der TU Berlin wollenein Konzept aus der Quantenoptik nut-zen, um Schlüssel abhörsicher zu sen-den – ohne Kuriere. »Wenn man zurÜbertragung des Schlüssels ein einzel-nes polarisiertes Photon durch die Lei-tung schickt, kann man feststellen, objemand mithört«, erläutert Marc Ana-tol Lochmann. »Ein Photon kann mannicht spalten oder kopieren. Sitzt je-mand an der Leitung, verschwindet esoder verändert sich. In diesem Fallewird der übertragene Schlüssel nichtverwendet.« Ein Photon ist der Grund-

FACKELTRÄGERim Datentunnel

Ein einzelnes Photon kann Hackern ein Licht aufstecken und Schnüfflern einSchnippchen schlagen. Es auf die Reise durch die Datenkanäle zu schickenist jedoch eine knifflige Sache. Doch ein Prototyp ist bereits in Sicht.


nicht mehr als 40 Kubikmikrometer zu-sammen. Um daran einen Draht fürden Strompuls anzuschließen, mussman das Bauteil ungefähr einen Qua-dratmillimeter groß machen.« Ein Mi-krometer ist der tausendste Teil, ein Na-nometer gar nur ein Millionstel einesMillimeters. Der Draht zum Anschlussdes elektronischen Pulsgebers hat nurein Viertel der Dicke eines Menschen-haares. »Das ist eine ziemlich filigraneAngelegenheit«, meint Marc AnatolLochmann.Die Quantenpunkte wachsen im Trä-germaterial nach eigenen Regeln, mannennt diesen Vorgang Selbstorganisati-on. Pro Quadratzentimeter und Sekun-de entstehen in den Laboren der TUBerlin zwischen 100 Millionen und 100Milliarden Quantenpunkte. »Davonwird nur ein einziger ausgewählt, umdas Photon zu erzeugen«, beschreibtErik Stock die Details. »Wir versuchenin Zusammenarbeit mit befreundetenWissenschaftlern aus Novosibirsk dieQuantenpunkte auszudünnen. Das ge-lingt bis zu einem gewissen Maß undist von entscheidender Bedeutung. Zu-sätzlich engt man den Pfad des Stromesso ein, dass nur ein einziger Quanten-punkt zum Leuchten angeregt wird.«Erste Prototypen existieren und bewei-sen die prinzipielle Machbarkeit.« Wirrechnen damit, dass wir mit der nächs-ten Generation unserer Bauelementeerste Übertragungsexperimente reali-sieren können.«

KANONE FÜR E INEINZIGES PHOTON

Stock und Lochmann legen denSchwerpunkt ihrer Arbeiten auf denEmitter, auf die Kanone für ein einzigesPhoton mit bestimmten Eigenschaften.Dass die Absicherung von Datenlei-tungen mithilfe von Späher-Photonenüberhaupt Erfolg verspricht, habenWissenschaftler in der Schweiz bewie-sen: Sie nutzten die noch nicht perfekteTechnologie der abgeschwächten La-serimpulse, um einen mit Photonenverschlüsselten Code auf die Reise zwi-schen zwei kanarischen Inseln zu schi-cken. Durch häufige Leerpulse ist dieÜbertragungsrate bei diesem Verfah-

baustein des Lichts. Ein bisschen kannman es mit dem Fackelträger verglei-chen, der im dunklen Tunnel vorneweggeht: Er prüft, ob die Luft rein ist.

»Wir können nicht verhindern, dasseine Datenleitung abgehört wird«, sagtErik Stock. »Aber mithilfe des Späher-Photons wissen wir, ob die Übertra-gung gefährdet ist. Das allein genügt,um den Datenverkehr abzubrechenoder andere Kanäle zu nutzen.«

Einzelne Photonen sind die kleinstenBausteine des Lichts, mikroskopischeEnergieportionen. Sie entstehen bei-spielsweise durch kurze elektrischeStrompulse im Innern von Halbleitern.Die freigesetzten Photonen haben festdefinierte Eigenschaften, beispielswei-se eine bestimmte Frequenz. »DieSchwierigkeit besteht nun darin, auf ei-nen Stromimpuls hin nur ein einzigesPhoton zu erzeugen, nicht zwei oderdrei, und auf die Reise durch die Daten-leitung zu schicken«, erklärt Loch-mann. »Man könnte abgeschwächteLaserpulse verwenden. Dabei ist manaber nicht sicher, ob nicht manchmalgar keine oder gar zwei oder mehr Pho-tonen das Ergebnis sind.«

Will man die Photonen als Sicher-heitsdienst durch Millionen sensiblerDatenkanäle schicken, braucht maneine preiswerte und robuste Technik. ImZeitalter der unbegrenzten Informati-onsnetze muss eine solche Technologiefaktisch überall einsetzbar und vor al-lem bezahlbar sein. Der Einzelphoto-nenemitter muss sich zum Massenpro-dukt eignen. »Wir haben ein Bauele-ment entwickelt, das einer herkömmli-chen Laserdiode sehr ähnlich ist«, fährtLochmann fort. »Auch das Wachstumder Halbleiterschichten, die Prozessie-rung und die Aufbautechnologie desBauelements sind klassischen Diodenverwandt. Wir schöpfen aus einem Poolbekannter Technologien der Massen-fertigung von Diodenlasern.«

Die jungen Forscher setzen auf soge-nannte Quantenpunkte, das sindkleinste gezielt erzeugte Cluster imHalbleitermaterial, in denen elektrischeStrompulse in Photonen mit kontrol-lierten Eigenschaften umgewandeltwerden. »Ein Quantenpunkt ist nur we-nige Nanometer groß«, rechnet ErikStock vor. »Als Bauelement kommen

ren deutlich geringer und auch nicht sosicher wie bei der Einzelphotonenkano-ne. »Wenn zufällig zwei Photonen zu-gleich unterwegs sind, ist es theoretischmöglich, die Leitung unbemerkt anzu-zapfen«, meint Erik Stock. »Man könn-te ein Photon ausschleusen.«

Marc Anatol Lochmann ist sich si-cher, dass die Späher-Photonen schon inzehn bis 15 Jahren in sicherheitskriti-schen Datentransfers zum Einsatz kom-men. Derzeit kooperieren die BerlinerForscher mit einer Reihe von internatio-nalen Gruppen. Die NATO fördert dieForschungen an der TU Berlin, in Russ-land, England sowie den USA im Rah-men eines unter der Leitung des Nobel-preisträgers Professor Zhores Alferovaus St. Petersburg und des Max-Born-Preisträgers Professor Dieter Bimbergaus Berlin stehenden »Science forPeace«-Projektes. »Die sichere Daten-übertragung wird wohl die spektaku-lärste Massenanwendung der Nano-photonik der Zukunft sein«, sagt er.»Weltweit wird ein riesiger Aufwand be-trieben, um solche Bauelemente unddarauf basierende Systeme zu bauen.«Noch ist unklar, welches das optimaleMaterialsystem zur Herstellung der Ein-zelphotonenemitter ist. So arbeitet dieUniversität in Magdeburg an ähnlichen,auf Galliumnitrid basierenden Emittern.»Wir an der TU Berlin können aus demWissenspool unserer großen Arbeits-gruppe und unserer Kooperationen mitanderen Gruppen schöpfen«, meint er.»Denn ohne Teamwork kommt man aufdiesem Gebiet nicht sehr weit.« ■

Die EU gibt rund 2.8 Milliarden Euro für dieEntwicklung neuer Nanotechnologien und300 Millionen Euro für die Photonik aus. Die

Europäische Union plant, im 7. Rahmenprogrammvon 2007 bis 2013 die Mittel zur Forschungsförde-rung in der Photonik aus zwei unterschiedlichenProgrammen jeweils um etwa 50 Prozent zu erhöhen.Diese Erhöhung ist für die Ausschreibungen der Jah-re 2007 und 2008 bereits Realität. Die Mittel speisensich aus den ICT- und NMP-Programmen der EU.

NANObl ick»EU stockt auf


Der Sonderforschungsbereich»Nanophotonik« fördert undfordert eine enge Kooperation

zwischen den Arbeitsgruppen an derTU Berlin von Professor Dr. Klaus Pe-termann und Professor Dr. Dieter Bim-berg und dem Fraunhofer-Institut fürNachrichtentechnik Heinrich-Hertz-Institut (HHI) bei der Erforschung undEntwicklung von aktiven Indiumphos-phid-Komponenten, insbesondere vondurchstimmbaren Quantenpunktstruk-turen, und bei quantenpunkt-basiertenHalbleiterlaser-Verstärkern.

Innovationen für die digitale Zu-kunft – das heißt sowohl auf dem Ge-biet der modernen Kommunikationssy-steme als auch auf den Gebieten der di-gitalen Medien und der Dienstenut-zung – stehen im Mittelpunkt der For-schungs- und Entwicklungsarbeitendes Heinrich-Hertz-Instituts. Die Kom-petenzen des HHI umfassen optische

Kommunikationsnetze und -systeme,mobile Breitbandsysteme, photonischeKomponenten und elektronische Bild-techniken. Ein Fokus liegt im photoni-schen Netz vom hochkapazitiven fle-xiblen Weitverkehrsnetz bis hin zumbreitbandigen Inhausnetz. Der Bereichoptische Komponenten erstreckt sichüber alle Halbleiterkomponenten, dieSchlüsselfunktionen für die optischeNachrichtentechnik und Signalverar-beitung darstellen. Das HHI verfügtüber eine Prozesslinie, die es ermög-licht, optische und elektrooptischeKomponenten und Module zu ent-wickeln und zu fertigen. Die Linie über-deckt Laser, optische Halbleiterverstär-ker und Detektoren auf der Basis vonIndiumphosphid aktiv im Wellenlän-genbereich von 1,1 µm bis 2,0 µm. Diesschließt beispielsweise Laser mit breit-bandiger Modulation im ungekühltenBetrieb ein, wie sie in Metro- und Zu-

gangsnetzen benötigt werden. Photo-dioden mit einer Bandbreite bis zu 110GHz gehören ebenso dazu wie optischeHalbleiterverstärker und aktive Kom-ponenten für eine rein optische Signal-verarbeitung, darüber hinaus Kompo-nenten zur Erzeugung von Terahertz-Wellen aber auch Polymerlichtwellen-leiter und diffraktive optische Ele-mente. International anerkannt istüberdies die Erfahrung auf dem Gebietvon aktiven Quantenstrukturen imWellenlängenbereich von 1,55 µm.

Mit seiner Erfahrung und der gutausgebauten Höchstfrequenz-Mess-technik stellt das HHI überdies einweltweit anerkanntes Kompetenzzen-trum für rein optische Signalverarbei-tung und die Entwicklung von Hochge-schwindigkeitsmodulen in der opti-schen Nachrichtenübertragung dar.

q www.hhi.fraunhofer.de

NANObl ick»Nachrichtentechnische Kompetenzauf dem TU-Campus: das Heinrich-Hertz-Institut

Projektorientierte Forschung in der Angewandten Mathematik:Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik

Das Weierstraß-Institut für An-gewandte Analysis und Sto-chastik (WIAS) mit Sitz in Ber-

lin-Mitte betreibt projektorientierteForschung in ausgewählten Bereichender Angewandten Mathematik. Ziel istes, zur Lösung komplexer Problem-kreise aus Wirtschaft, Wissenschaftund Technik beizutragen. Die Heran-gehensweise ist ganzheitlich: Am Wei-erstraß-Institut wird der gesamte Pro-blemlösungsprozess von der interdiszi-plinären Modellierung über die mathe-matisch-theoretische Behandlung des

Modells bis hin zur konkreten numeri-schen Simulation betrieben.

Die Forschungen am Weierstraß-In-stitut konzentrieren sich auf die Nano-und Optoelektronik, die Optimierungund Steuerung in der Verfahrenstech-nik, auf Phasenübergänge und multi-funktionale Materialien, auf Stocha-stik in Natur- und Wirtschaftswissen-schaften, auf Strömungs- und Trans-portprobleme in Kontinuen sowie aufNumerische Methoden in der Analysisund Stochastik. Das WIAS mit seinenrund 100 Mitarbeiterinnen und Mitar-

beitern ist durch vielfältige Koopera-tionen in der Berliner Wissenschafts-landschaft vernetzt. Die hevorragendeund vielfältige Zusammenarbeit mitder TU Berlin, von der hier exempla-risch nur auf mehrere gemeinsam be-rufene Professoren und das DFG-For-schungszentrum MATHEON verwiesensei, bekommt mit dem neu eingerichte-ten Sonderforschungsbereich 787»Halbleiter-Nanophotonik« ein weite-res Highlight.

q www.wias-berlin.de


Die Forschungsprojekte

Materialien für grüne Laserdioden hoher Brillanz

Prof. Dr. Michael Kneissl, Technische Universität BerlinProf. Dr. Günther Tränkle, Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik, Berlin

Wachstum von InGaAs-Quantenpunktstrukturen für neuartige Bauelemente

PD Dr. Udo Pohl, Technische Universität BerlinDr. André Strittmatter, Technische Universität Berlin

Modifizierte Quantenpunktanordnungen auf InP-Basis für Lichtemitter

Dr. Harald Künzel, Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, BerlinPD Dr. Udo Pohl, Technische Universität Berlin

Atomare Struktur von Nanomaterialien: HRTEM, Elektronenholographie und XSTM

Prof. Dr. Michael Lehmann, Technische Universität BerlinProf. Dr. Mario Dähne, Technische Universität Berlin

Elektronische Struktur nanoskaliger Objekte

PD Dr. Axel Hoffmann, Technische Universität BerlinProf. Dr. Dieter Bimberg, Technische Universität Berlin

Elektron-Phonon-Wechselwirkung in Halbleiternanostrukturen

Prof. Dr. Christian Thomsen, Technische Universität BerlinPD Dr. Axel Hoffmann, Technische Universität Berlin

Theorie photonischer Bauelemente am quantenoptischen Limit

Prof. Dr. Andreas Knorr, Technische Universität Berlin

Modellierung der Dynamik von Quantenpunktlasern und -verstärkern

Prof. Dr. Eckehard Schöll, Technische Universität Berlin

Der Sonderforschungsbereich im Überblick»Sonderforschungsbereich 787 »Halbleiter-Nanophotonik:Materialien, Modelle, Bauelemente«


Multi-dimensionale Modellierung und Simulation von VCSELn

Dr. Uwe Bandelow, Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, BerlinPD Dr. Frank Schmidt, Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik BerlinProf. Dr. Alexander Mielke, Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, Berlin

Effektive Modelle, Simulation und Analysis der Dynamik in Quantenpunkt-Bauelementen

Prof. Dr. Jürgen Sprekels, Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, BerlinDr. Matthias Wolfrum, Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, Berlin

QP-Oberflächenemitter: Laser, Verstärker, Einzelphotonenemitter

Dr. Friedhelm Hopfer, Technische Universität BerlinProf. Dr. Dieter Bimberg, Technische Universität Berlin

Einzelne Photonen für die Quanteninformationsverarbeitung

Prof. Dr. Oliver Benson, Humboldt-Universität zu Berlin

GaN-basierte Einzelphotonenemitter und VCSEL

Prof. Dr. Alois Krost, Otto-von-Guericke-Universität MagdeburgProf. Dr. Jürgen Christen, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Halbleiterlaser hoher Brillanz

Dr. Götz Erbert, Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik, BerlinProf. Dr. Dieter Bimberg, Technische Universität Berlin

Dynamik von Kantenemittern für zukünftige Multi-Terabit-Systeme

Dr. Matthias Kuntz, Technische Universität BerlinProf. Dr. Dieter Bimberg, Technische Universität Berlin

Rein optische Signalverarbeitung mit quantenpunkt-basierten Halbleiterlaser-Verstärkern

Prof. Dr. Klaus Petermann, Technische Universität BerlinDr. Colja Schubert, Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, Berlin

Integriertes Graduiertenkolleg »Halbleiter-Nanophotonik: Materialien, Modelle,Bauelemente«

Prof. Dr. Jürgen Christen, Otto-von-Guericke-Universität MagdeburgProf. Dr. Andreas Knorr, Technische Universität BerlinProf. Dr. Christian Thomsen, Technische Universität Berlin

Der Sonderforschungsbereich im Überblick»


Die Ansprechpartner

Sprecher

Prof. Dr. Michael Kneissl, TU Berlin, Institut für Festkörperphysik2 030/314-2 20 78g [email protected] https://www.physik.tu-berlin.de/institute/IFFP/kneissl/homes/kneissl/p TU Berlin, Sekr. EW 6-1, Hardenbergstraße 36, 10623 Berlin

Erster stellvertretender Sprecher

Prof. Dr. Dieter Bimberg, TU Berlin, Institut für Festkörperphysik2 030/314-2 27 83g [email protected] www.ifkp.tu-berlin.de/?id=3612p TU Berlin, Sekr. PN 5-2, Hardenbergstraße 36, 10623 Berlin

Vorstandsmitglieder

Prof. Dr.-Ing. Klaus Petermann, TU Berlin, Institut für Hochfrequenz- und Halbleiter-Systemtechnologien2 030/314-2 33 46g [email protected] www-hft.ee.tu-berlin.dep TU Berlin, Sekr. HFT 4, Einsteinufer 25, 10587 Berlin

Prof. Dr. Andreas Knorr, TU Berlin, Institut für Theoretische Physik2 030/314-24 25g [email protected] www.itp.tu-berlin.de/?id=8003p TU Berlin, Sekr. PN7-1, Hardenbergstraße 36, 10623 Berlin

Prof. Dr. Jürgen Sprekels, Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS)2 030/20 37 25 86g [email protected] www.wias-berlin.de/~sprekelsp Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS), Mohrenstraße 39, 10117 Berlin

Integriertes Graduiertenkolleg

Moderatoren

Prof. Dr. Jürgen Christen, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Abteilung Festkörperphysik2 0391/67 1 86 68g [email protected] www.uni-magdeburg.de/afp/afpmain.htmlp Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, FNW/IEP/AFP, PF 4120, 39016 Magdeburg



Prof. Dr. Andreas Knorr, TU Berlin, Institut für Theoretische Physik2 030/314-2 42 55g [email protected] www.itp.tu-berlin.de/?id=8003p TU Berlin, Sekr. PN7-1, Hardenbergstraße 36, 10623 Berlin

Prof. Dr. Christian Thomsen, TU Berlin, Institut für Festkörperphysik2 030/314-2 31 87g [email protected] https://www.physik.tu-berlin.de/institute/IFFP/thomsen/p TU Berlin, Sekr. EW 5-4, Hardenbergstraße 36, 10623 Berlin

Am Sonderforschungsbereich beteiligte Institutionen

■ Technische Universität Berlin – Sprecherhochschule■ Humboldt-Universität zu Berlin ■ Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg ■ Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik, Berlin■ Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik (Heinrich-Hertz-Institut), Berlin■ Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, Berlin■ Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik Berlin


Impressum»HerausgeberTechnische Universität Berlin, Presse- und Informations-referat, Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin2 030/314-2 39 22g [email protected] www.tu-berlin.de0 www.tu-berlin.de/?id=707

RedaktionDr. Kristina R. Zerges (verantwortlich), Stefanie Terp(CvD), Heiko Schwarzburger (Texte),Prof. Dr. Dieter Bimberg (wissenschaftliche Beratung)

Layout und Gesamtherstellungdeutsch-türkischer fotosatz, Berlin (dtf),Markgrafenstraße 67, 10969 Berlin2 030/25 37 27-0 g [email protected]

VertriebRamona Ehret, Presse- und Informationsreferat, TU Berlin

Auflage7000 Exemplare

ErscheinungsterminFebruar 2008

ISSN 0176-263X

BildnachweiseTitelfoto: TU Berlin/Ulrich Dahl; Archiv Heiko Schwarz-burger: 16, 29 (2); Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfre-quenztechnik (FBH/schurian.com): 20, 23, 24; Osram OptoSemiconductors: 21, 22; Pixelio.de/inuit: 13; Shat-R-ShieldInc.: 25; Techmind.org: 18; Toptica AG: 17 (2); TU Berlin/Pressestelle: 1; TU Berlin/Ulrich Dahl: 2, 4, 6, 10, 12, 14,26, 27; Volkswagen AG: 28

GrafikenMichael Römer/Solargrafik: 5, 7, 15 (2), U3TU Berlin/Block: 30

Bestellungg [email protected]

Weitere Informationen über Forschungan der TU Berlin0 www.tu-berlin.de/menue/forschung/kompetenzen

2 Im Zeitalter des PhotonsOptische Bauelemente treiben die wirtschaftlichen Entwicklungen des 21. Jahrhunderts voran

6 Blendende Aussichten für die ForschungDas MONA-Projekt: Leitlinien der künftigen Förderung

8 »Wir brauchen jemanden wie Steve Jobs«Im Interview: Tom Pearsall, Generalsekretär des Konsortiums der europäischen Photonikindustrie in Paris

10 Leuchtturm der Nanophotonik in BerlinDie Deutsche Forschungsgemeinschaft investiert elf Millionen Euro in den neuen Sonderforschungsbereich

12 Aufputschmittel für das LichtOptische Verstärker für das 100-Gigabit-Ethernet

14 Formel Licht auf der DatenautobahnDie Firma VI Systems entwickelt schnelle Schalter mit Licht

16 Brillante Farben für Laser-TVDer Farbzauber fängt erst richtig an, wenn Laser ins Spiel kommen

17 »Unterwegs zu den Lasern der nächsten Generation«Im Interview: Dr. Wilhelm Kaenders, Vorstandsvorsitzender der TOPTICA Photonics AG

19 »Immer mehr Hersteller werden diesen Weg gehen«Im Interview: Peter Leibinger, Stellvertretender Vorsitzender des Laserherstellers TRUMPF GmbH

20 Schweres Gerät wird ausrangiertKompakte Laserprojektoren erlauben ungeahnte optische Effekte

22 »Wir richten uns auf globale Zukunftsmärkte«Im Interview: Dr. Uwe Strauß, Leiter der Laserentwicklung bei OSRAM Opto Semiconductors

24 Mit Licht gegen VirenNeue Leuchtdioden für UV-Strahlung reinigen Wasser

26 Neue Nischen mit LasernDie Firma Lumics entwickelt Laser für industrielle Anwendungen

28 Werkzeug von höchster PräzisionPhotonic Band Crystals lassen einen Quantensprung im Laserschweißen erwarten

30 Fackelträger im DatentunnelEin einzelnes Photon steckt Hackern ein Licht auf und schlägt Schnüfflern ein Schnippchen

33 Der Sonderforschungsbereich im Überblick

36 Impressum

Inhalt»

Zum größten europäischen und weltweit zweitgrößten Physikkongress des Jahres treffen sich vom25. bis 29. Februar 2008 rund 5000 Fachleute an der Technischen Universität Berlin.Schwerpunkte der Tagung sind Festkörperphysik und Materialforschung. Darüber hinaus reichtdas Spektrum von der biologischen Physik über die Physik im Schulunterricht bis zur Rüstungskontrolle.

Öffentliche Vorträge von Nobelpreisträgern an der URANIAim Rahmen der Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG)an der Technischen Universität Berlin An der Urania 17, 10787 Berlin, Eintritt frei

Montag, 25. Februar 2008, 20:00 Uhr

Gerhard Ertl, Chemie-Nobelpreisträger 2007 Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin

Reaktionen an Festkörper-Oberflächen: Vom Atomaren zum Komplexen

Für seine Arbeiten über chemische Reaktionen an der Oberfläche fester Materialien erhielt Gerhard Ertl im Dezember 2007 denNobelpreis für Chemie. Solche Reaktionen werden in Gestalt der „Katalyse“ unter anderem von der chemischen Industrie genutztoder um Düngemittel herzustellen.

Mittwoch, 27. Februar 2008, 20:00 Uhr

Peter Grünberg, Physik-Nobelpreisträger 2007 Forschungszentrum Jülich

Vom Riesenmagnetowiderstand zur Computerfestplatte

Grünbergs Arbeiten über magnetische Materialien setzten in den 1990er-Jahren eine Revolution im Bereich der Magnetspeicher inGang. Er und Albert Fert wurden im Dezember 2007 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Tagungsleiter: Professor Dr. Eckehard Schöll, TU Berlin, Institut für Theoretische PhysikWeitere Informationen: http://berlin08.dpg-tagungen.de/

Ein FESTder PHYSIKBerlin als

internationaler Treffpunkt

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der PHYSIK KLÖ GT J als internationaler Treffpunkt...Ihre Wissen-schaftlerinnen, Physiker, Ingenieure und Mathematiker verknüpfen Grund-lagen- mit anwendungsnaher For-schung mittels