Panorama

Applied Photonics Award 2022

11.10.2022 - Fraunhofer-Institut für angewandte Optik und Feinmechanik zeichnet junge Optik- und Photonik-Forscher aus.

Traditionell wird der Nachwuchs­preis des Fraunhofer-IOF im Rahmen des inter­nationalen Karriere- und Netzwerk­events „Photonics Days Jena“ verliehen. So auch in diesem Jahr: Robert Kammel, Leiter der Abteilung Strategie, Organisation, Kommuni­kation am Fraunhofer-IOF, überreichte am 5. Oktober zusammen mit Michelé Heurs, Gravitations­wellen-Forscherin und in diesem Jahr Keynote-Speakerin bei den „Photonics Days Jena“, den Förderpreis des Fraunhofer-IOF an die dies­jährigen Gewinner.

Eine Fachjury, bestehend aus Vertretern aus Wissenschaft und Wirtschaft, hatte die prämierten Arbeiten zuvor ausgewählt. Prämiert wurden insgesamt drei Abschluss­arbeiten in den Kategorien Bachelor, Master/Diplom und Dissertation. Zusätzlich vergab die Jury in diesem Jahr zwei Sonderpreise für wissen­schaftliche Exzellenz: Mit dem Sonderpreis wurde je für eine Abschluss­arbeit im Bereich „Graduate“ und „Post-Graduate“ ausgezeichnet.

Als beste Bachelor­arbeit wurde „Gas Sensing with 2D Materials on Exposed-Core Fibers“ von Magdalena Hilbert von der Friedrich-Schiller-Universität Jena mit einem Preisgeld 1.000 Euro prämiert. Gase und organische Dämpfe können dank Sensoren schnell erkannt und bestimmt werden. Damit dies gelingt, muss die hoch­empfind­liche Sensorik oft mehrere Parameter gleichzeitig analysieren. Zum Beispiel die Konzentration und die relative Luft­feuchtig­keit, aber auch Temperatur und Druck. Damit Sensoren das alles leisten können, braucht es ein Sensor­material, das besonders empfindlich auf seine Umgebung reagiert und aufge­nommene Information zuverlässig an die auswertende Hard- und Software weitergibt.

In ihrer Bachelor­arbeit hat Hilbert untersucht, wie derartige Sensorik mit einer mit 2D-Material beschichteten Faser realisiert werden kann. Das 2D-Material auf dem frei­ge­legten Faserkern hat direkten Kontakt gleich­zeitig zu den geführten Moden und auch zur Umgebung. Die von Hilbert geleistete Unter­suchung ist damit zum Beispiel in Bereichen wie der Emissions­kontrolle, der Sicherheit oder etwa in der Atmosphären­beobachtung, etwa bei Wetter­ballons, relevant.

Als beste Masterarbeit, dotiert mit 2.000 Euro, wurde „Kaleido­microscope – A Kaleidoscopic Multiview Microscope“ von Felix Wechsler von der Friedrich-Schiller-Universität Jena) ausgezeichnet. Die Mikroskopie ist ein wesentliches Instrument in der biomedi­zi­nischen Analyse. Speziell für lebendige biologische Proben wirft die Licht­mikro­skopie mit einer hohen Bildrate jedoch immer noch einige Probleme auf. In seiner Master­arbeit hat Wechsler daher eine neue Art des „Light Field Microscope“ entwickelt: das Kaleido­mikroskop. Dabei setzt Wechsler eine Spiegelbox vor ein Weit­feld­mikroskop.

Wechsler präsentiert damit eine einfache und zugleich praktikable Methode, um mit klassischen Mikroskopen und zusätz­lichen Spiegeln am Objektiv plus Bild­ver­arbeitung 3D-Bilder mit hoher Auflösung zu erzeugen. Ein wesent­licher Vorteil dieser Methode ist, dass das Kaleido­mikroskop an jedes Standard-Weitfeld­mikroskop angebaut werden kann. Der von Wechsler beschriebene Ansatz kann daher besonders kosten­effizient in viele bereits bestehende Systeme eingebaut werden.

Als beste Dissertation wählte die Jury „Unter­suchungen zu linearen optisch-draht­losen Frontends und applikations­spezifischen Frei­form­linsen für die optisch-draht­lose Kommuni­kation“ von René Kirrbach von der Technischen Universität Dresden aus. Er erhält eine Prämie von 3.000 Euro. Über die letzte Dekade hinweg hat sich mit LiFi eine performante Technologie aus dem Feld der optisch-drahtlosen Kommuni­kation (engl. „optical wireless communi­cations“, OWC) entwickelt. Hier wird sichtbares und unsichtbares Licht zur Daten­über­tragung genutzt. Während dabei die Elektronik der Transceiver im Fokus zahlreicher Publi­ka­tionen steht, ist das Potenzial moderner Freiform­linsen dagegen bisher nahezu ungenutzt.

An diesem Punkt knüpft die Disser­tation von Kirrbach an. Er hat einen voll funktions­tüchtigen Transceiver entwickelt, der das heutige Potenzial der modernen OWC abbildet. Anhand dieses Transceivers konnte er darlegen, wie die OWC von zusätz­lichen Regelungen hinsichtlich Reichweite, Effizienz und Datenrate profitiert. Mit seiner Arbeit trägt Kirrbach damit zur Entwicklung von neuartigen, drahtlosen Kommuni­kations­netzen bei, die notwendig sind, um auch in Zeiten eines expo­nen­tiell wachsenden Daten­verkehrs weiterhin einen zuver­lässigen Datentransfer zu gewähr­leisten.

Der Preis für wissen­schaftliche Exzellenz, Graduate, dotiert mit 1.500 Euro, geht an Jan-Wilke Henke von der Georg-August-Universität Göttingen für seine Arbeit „Demonstration of the inter­action between free electrons and fiber-integrated photonic resonators“. Die Elektronen­mikroskopie umfasst eine Vielfalt experi­men­teller Techniken, die die Unter­suchung komplexer Materialien, Nano­strukturen und biologischer Proben mittels Elektronen bei höchster räumlicher Auflösung ermöglichen. In der jüngeren Vergangenheit rückten die Erzeugung und Struktu­rierung maßge­schneiderter Elektronen­strahlen mittels optischer Felder immer mehr in den Fokus. Bisherige Ansätze, basierend auf inelastischer Elektron-Licht-Streuung, erfordern jedoch aufgrund der schwachen Wechsel­wirkung zwischen Licht und freien Elektronen den Einsatz intensiver gepulster Laser. Sie waren daher für die Modulation kontinuier­licher Elektronen­strahlen in herkömm­lichen Geräten nicht geeignet.

Im Rahmen seiner Masterarbeit konnte Henke diese Einschränkungen durch die Einführung von chipbasierten photonischen Strukturen als Plattform für effiziente Elektron-Licht-Wechsel­wirkung in Transmissions­elektronen­mikroskopen überwinden. Durch seine Arbeit werden Anwendungs­möglich­keiten eröffnet, die von der grund­legenden Erforschung der Elektron-Licht-Wechsel­wirkung über die Charakte­ri­sierung photonischer Strukturen mittels Elektronen und die Umsetzung neuer Methoden der Elektronen­strahl-Spektro­skopie bis zur Manipu­lation von Elektronen­strahlen in kommer­ziellen TEMs reichen. Die Arbeit von Henke bildet damit die Grundlage für die Kombination von integrierter Photonik und Elektronen­mikroskopie, wodurch eine neue Klasse hybrider Quanten­techno­logie basierend auf Photonen und einzelnen freien Elektronen begründet werden kann.

Und der Preis der Jury für wissen­schaftliche Exzellenz, Post-Graduate, ebenfalls mit 1.500 Euro dotiert, geht an Daniel Werdehausen von der Friedrich-Schiller-Universität Jena für seine Dissertation „Nano­composites as Next-Generation Optical Materials: Fundamental Properties and Potential“. Werdehausen untersucht die funda­mentalen Eigenschaften von optischen Nano­materialien, insbesondere von Nano­kompositen, und deren Verwendung zur Weiter­ent­wicklung realer optischer Systeme. Seine Arbeit knüpft damit an eine zwanzig­jährige, weltweit sehr intensive Forschungs­tätigkeit zu optischen Meta­materialien an. Diese intensive und lang andauernde Forschungs­tätigkeit hat jedoch bisher keinen Eingang in reale optische Systeme gefunden, obwohl aus Anwendungs­sicht ein hoher Bedarf an Innova­tionen zur Weiter­ent­wicklung solcher Systeme besteht.

Genau an dieser Kluft zwischen ungenutzter jahrzehnte­langer Forschung und dem Bedarf realer Applika­tionen setzt Werdehausen an. Er betrachtet Nano­materialien als Meta­materialien und widmet sich zunächst einer grund­legenden Untersuchung, warum es bisher nicht richtig gelungen ist, durch diese klassische Optik­materialien zu ersetzen. Darauf aufbauend zeigt er, dass Nano­komposite als neuartige Optik­materialien mit Material­parametern, die bisher nicht möglich waren, dienen können und sich daraus ein großes Potential zur Verbesserung von optischen Systemen ergibt.

Fh.-IOF / RK

Weitere Infos

 

Webseminar: Simulation für die Raumfahrt

Dienstag, 21.März 2023, 14:00 Uhr
Im Webseminar lernen Sie mehr über die Rolle von Simulation beim Umsetzen von Weltraumforschungs- und Entwicklungsprojekten.

Zur Registrierung

Webseminar: Simulation für die Raumfahrt

Dienstag, 21.März 2023, 14:00 Uhr
Im Webseminar lernen Sie mehr über die Rolle von Simulation beim Umsetzen von Weltraumforschungs- und Entwicklungsprojekten.

Zur Registrierung