Optische Technologien: leuchtende Innovationen

Licht hat viele außergewöhnliche Eigenschaften: Es lässt sich im Nanometerbereich fokussieren, kann extrem kurze Impulse erzeugen – und das alles mit Lichtgeschwindigkeit (fast 300.000 km/sec), der höchsten Geschwindigkeit im Universum. Doch das sind längst nicht die einzigen beeindruckenden Merkmale. In der Datenübertragung bieten optische Systeme eine Kapazität von Millionen Megabit pro Sekunde. Zudem kann mit Licht auch eine Leistung bis in den Bereich mehrerer Milliarden Megawatt erbracht werden.

Unter Optischen Technologien (Photonik) versteht man die technische Beherrschung von Licht in jeder Form. Wissenschaftler befassen sich daher nicht nur mit der Erzeugung, sondern auch mit der Kontrolle, Messung und vor allem der Nutzung von Licht. Das betrifft nahezu alle gesellschaftlich und ökonomisch wichtigen Gebiete. Ähnlich wie sich der Begriff „Elektronik“ auf das Elektron als geladenes Elementarteilchen bezieht, verweist der Begriff „Photonik“ auf das Photon als Lichtteilchen.                

Mehr als nur Helligkeit

Die Photonik nutzt die außergewöhnlichen Eigenschaften von Licht für die verschiedensten Anwendungen. Ausgehend von einer gemeinsamen technologischen Basis verbindet sie so unterschiedliche Bereiche wie Produktionstechnik, Energie- und Beleuchtungstechnik, Medizintechnik, Umwelttechnik, Plasmatechnologie und Informations- und Kommunikationstechnik. Dank Optischer Technologien gibt es Gestensteuerung, LEDs als Leuchtmittel, organische LEDs für Displays, leistungsfähige Beamer oder miniaturisierte HD-Kameras.

Mit ultrakompakten Röntgenlaserquellen und der mit dem Nobelpreis prämierten STED-Mikroskopie zählt Deutschland zu den international führenden Akteuren im Bereich der Photonik und arbeitet mit konsequenter Forschungs- und Entwicklungsarbeit daran, diese Position weiter auszubauen. Die Beherrschung und Nutzung des Photons ist zu einem der wichtigsten Innovationstreiber für die moderne Gesellschaft und Wirtschaft geworden.

Strahlende Möglichkeiten

Die Optischen Technologien haben mit ihren Innovationen bereits jetzt unseren Alltag beeinflusst: Systeme zur Gestensteuerung, zur Navigation in 3D-Darstellungen und zur autostereoskopischen 3D-Projektion basieren überwiegend auf der digitalen Verarbeitung optischer Informationen. Integrierte Systeme etwa für die Hintergrund- und Vordergrundseparation kombinieren RGB-Kamera, Infrarotlaser und -sensoren (für die Tiefeninformation) sowie Hard- und Software zur Bildverarbeitung. Die Generierung synthetischer optischer Information, etwa für Augmented und Virtual Reality, bedient sich ebenfalls zunehmend optischer Prinzipien, beispielsweise des sogenannten Ray Tracings.

In der Medizin erleichtern Optische Technologien invasive Eingriffe und ermöglichen den schonenden Zugang zum Körperinneren. Denn durch die Verbindung von Molekularbiologie und optischer Gerätetechnologie können die Lebensprozesse in den Zellen beobachtet und analysiert werden. So kann eine Diagnose noch patientenschonender gestellt und die Therapie individuell auf den einzelnen Körper abgestimmt werden. Mit Innovationen in der Photonik lassen sich zudem im Bereich der Photovoltaik Kosten senken und Sonnenenergie durch optische Komponenten zur Fokussierung und Weiterleitung des Lichts in solarthermischen Anlagen effektiv speichern.