Aktuelles - August 2010

Forschung am Puls der Zeit

Zwei renommierte Preise für das Lehrgebiet Optische Nachrichtentechnik

Das Lehrgebiet Optische Nachrichtentechnik der FernUniversität in Hagen forscht am Puls der Zeit. Genau genommen erforscht es optische Pulse. Und die sind zurzeit ein hoch aktuelles Thema. Das beweisen auch die beiden Preise, die das Lehrgebiet gerade gewonnen hat: Die European Optical Society (EOS) und die International Society for Optics and Photonics (SPIE) zeichneten zwei Arbeiten der Hagener aus.

Das erfolgreiche Forschungsteam: (v.l.n.r.) Prof. Dr. Jürgen Jahns, André Edelmann, Michael Bohling, Dr.-Ing. Hans Knuppertz, Privatdozent Dr.-Ing. Stefan Helfert

Ein Forschungsschwerpunkt des Lehrgebiets Optische Nachrichtentechnik liegt im Bereich sehr kurzer optischer Pulse. „Ein Puls ist ein Lichtblitz und sehr kurz bedeutet in unserem Fall eine Pico- oder eine Femtosekunde“, erklärt Prof. Dr. Jürgen Jahns. Eine Picosekunde ist der billionste Teil einer Sekunde und eine Femtosekunde wiederum ist eine tausendstel Picosekunde. Wenn man diese optischen Pulse formt, können mit ihnen Informationen übertragen oder gespeichert werden. Die Pulsformung erfolgt durch Filterung mit optischen Verfahren.

Integrierter Pulsformer entwickelt

Prof. Jahns und zwei seiner damaligen wissenschaftlichen Mitarbeiter, Dr.-Ing. Hans Knuppertz und Michael Bohling (derzeit bei Junior-Prof. Dr. Matthias Gruber tätig), haben sich in ihrer Arbeit „All-reflective planar-integrated free-space micro-optical femtosecond pulse shaper“ mit der Entwicklung eines Pulsformers befasst. Der Pulsformer ist ein Gerät, das einen Puls im optischen Frequenzbereich filtern kann: „Durch ihn können wir die einzelnen Farben des Lichtblitzes durch ein Beugungsgitter trennen, diese verändern und wieder zusammenfügen. So können wir einen Puls mit neuen Eigenschaften erzeugen“, erläutert Knuppertz die Funktionsweise.

Dabei verwenden die Wissenschaftler ein planares System auf der Grundlage der in Hagen entwickelten PIFSO-Technologie (Planar integrated free space optics). Planare Systeme bestehen aus zwei gegenüberliegenden Flächen, zwischen denen sich das Licht ausbreitet. Der Weg des Lichts kann gesteuert werden, indem die gegenüberliegenden Oberflächen in bestimmter Art und Weise strukturiert werden.

Das Ergebnis der Forschung ist der weltweit erste integrierte Pulsformer. Prof. Jahns: „Er ist integriert, miniaturisiert und kann preiswert hergestellt werden. Dadurch kann er beispielsweise in Satelliten eingesetzt werden.“ Und Michael Bohling ergänzt: „Wenn das System einmal justiert wurde, dann funktioniert es auch. Es ist nicht anfällig für Störungen.“

Eine Komponente des Pulsformers: Ein Kupfersubstrat mit Eingangs- und Ausgangsöffnung. Dazwischen befinden sich vier Parabolspiegel, die mit ultrapräzisen Fertigungstechniken aus dem Kupfersubstrat gefräst wurden.

Der Pulsformer ist aus einem Projekt der Europäischen Weltraumorganisation ESA hervorgegangen, in dem die Nutzung von kurzen Pulsen für die Kommunikation zwischen Satelliten erforscht werden sollte. Die Entwicklung des Pulsformers ging sogar über das eigentliche Ziel des ESA-Projektes hinaus. „Das hat die Weltraumorganisation sehr überzeugt. Mittlerweise haben wir bereits ein Nachfolgeprojekt bekommen“, berichtet Jahns.

Das Potenzial des Pulsformers ist groß. Das zeigen nicht nur die Begeisterung der ESA und der Preis der International Society for Optics and Photonics (SPIE). Auch Naturwissenschaftler haben bereits ihr Interesse bekundet. Der Pulsformer könnte beispielsweise bei der Untersuchung von Atomen eingesetzt werden. „Die Rudolf Kingslake Medal der SPIE ist zwar nicht der Nobelpreis, aber trotzdem eine sehr renommierte Auszeichnung“, freut sich Prof. Jahns und Knuppertz fügt hinzu: „Wir waren völlig überrascht zum erlauchten Kreis der Preisempfänger zu gehören.“

Ausbreitung von Pulsen in Wellenleitern beeinflussen

Nicht minder hoch einzuschätzen ist auch der zweite Preis, den das Lehrgebiet gewonnen hat. Die Arbeit von Privatdozent Dr.-Ing. Stefan Helfert, Birgit Huneke und Prof. Jahns „Self-imaging effect in multimode waveguides with longitudinal periodicity“ wurde von der European Optical Society (EOS) ausgezeichnet.

Birgit Huneke

Die Arbeit unterscheidet sich von der Entwicklung des Pulsformers in mehrfacher Hinsicht: Zum einen war das Bauen des Pulsformer praktische Arbeit, Helfert, Huneke und Jahns hingegen betrieben Grundlagenforschung auf der Basis numerischer Simulationen. Zum anderen ging es beim Pulsformer um die Ausbreitung von Pulsen im freien Raum, bei Helfert und Co. um die Ausbreitung von Pulsen innerhalb von optischen Wellenleitern. „Den Unterschied kann man sich in etwa so vorstellen: Der freie Raum ist das Meer, der Wellenleiter die Wasserleitung“, erklärt SPIE-Preisträger Knuppertz. Außerdem erfolgte die Filterung des Pulsformers im Frequenzbereich, da er das Licht spektral zerlegte, also die einzelnen Farben trennte. Die von der EOS ausgezeichnete Arbeitsgruppe betrachtet die Möglichkeit der Filterung im Zeitbereich: Hier ging es darum die Ausbreitung des Lichts in einem Wellenleiter über unterschiedliche Wege zu steuern.

Bei optischen Wellenleitern, das sind zum Beispiel Glasfasern, wird das Licht vollständig hindurchgeführt. Es kann nicht vorher, sondern erst am Ende des Wellenleiters wieder hinaustreten. Dabei wird es von den Wänden des Wellenleiters in bestimmten Winkeln reflektiert. Das FernUni-Team berechnete nun, ob eine periodische Modifikation der Wände des Wellenleiters die Ausbreitung des Lichts verändert. „Birgit Huneke hat dies im Rahmen ihrer Masterarbeit untersucht. Mit Hilfe der sogenannten Method of Lines hat sie herausgefunden, dass es grundsätzlich möglich ist, die Ausbreitung der Pulse in geeigneter Weise zu beeinflussen“, erläutert Helfert.

Auf Grundlage der Ergebnisse von Huneke forscht das Lehrgebiet nun weiter. Der Wissenschaftliche Mitarbeiter André Edelmann arbeitet beispielsweise an derselben Thematik, untersucht aber sogenannte plasmonische Wellenleiter. Insgesamt ist es das Ziel der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herauszufinden, welche Veränderungen die Ausbreitung der Pulse in welcher Art beeinflussen.

Die renommierten Preise, die das Lehrgebiet Optische Nachrichtentechnik gewonnen hat, zeigen, dass an der FernUniversität hochwertige Forschung betrieben wird. Prof. Jahns ist daher nicht ohne Grund stolz auf die Leistung seines Teams: „Auf diese Weise steigt unser Ansehen in der wissenschaftlichen Gesellschaft.“ Prof. Jahns hat die SPIE Rudolf Kingslake Medal im August in San Diego entgegengenommen. Im Oktober fährt Dr. Helfert nach Paris, wo er die Auszeichnung der EOS erhalten wird.

• Veranstaltungen:
  • 08.02.2012 18:00
    [Berlin]
    Studieren ohne Abitur - Die FernUniversität in Hagen stellt sich vor - Informationsabend für Interessierte zum Thema "Studieren ohne Abitur"
  • 09.02.2012 18:00
    [Stuttgart]
    Infoabend - Universitätsstudium für beruflich Qualifizierte - Der Vortrag zeigt die unterschiedlichen Möglichkeiten des Zugangs zu einem Studium an der FernUnive ...
• Aktuelles:
  • Hagen wurde zum Pilgerzentrum - Über 80 Teilnehmende kamen zur Arbeitstagung „Soziologie des Pilgerns“. Unter den Interessierte ... [07.02.2012]
  • Als Bachelor den ersten Fachaufsatz veröffentlicht - FernUni-Absolvent Christian Mennrich hat gemeinsam mit drei Wissenschaftlerinnen einen Aufsatz zur H ... [07.02.2012]