Verbund-ZIK astrOOptics – Potsdam und Jena

Das Verbund-ZIK

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Die Zentren für Innovationskompetenz (ZIK) innoFSPEC in Potsdam und ultra optics in Jena bilden mit astrOOptics eine strategische Allianz, mit der in den Neuen Ländern ein einzigartiger, leistungsfähiger Verbund für Photonikforschung entlang der gesamten Wertschöpfungskette von den Grundlagen bis hin zur Anwendung und von der Einzelkomponente bis zu kompletten Systemen entsteht. Der Verbund ermöglicht sowohl die Realisierung neuer Hochleistungsinstrumente für die Astronomie, als auch die praktische Erprobung neuartiger optischer Technologien in verschiedenen Anwendungsumgebungen.

Die Ziele

Die strategische Allianz der Photonik-Grundlagenforschung in Jena mit angewandter Weltraumforschung in Potsdam will Ergebnisse aus der Photonikforschung in am Markt erfolgreiche Innovationen überführen. Zur Realisierung dieser Vision verfolgt astrOOptics eine Entwicklungsstrategie, die auch strategische nationale und internationale Partner einbezieht.
Wegen der beträchtlichen Risiken im Innovationsprozess verhalten sich Unternehmen im Allgemeinen sehr zurückhaltend bei der Einführung disruptiver Technologiesprünge und verlangsamen damit oftmals Weiterentwicklungen im Anwendungsbereich von Hochtechnologien. Die außerordentlich hohen Anforderungen an Problemlösungen im Bereich der Astrophysik und Weltraumforschung bieten jedoch Chancen, den Innovationsprozess zu beschleunigen. Dies wird durch Beispiele, wie die Entwicklung von Glaskeramik, Röntgenoptiken und CCD/CMOS-Detektoren belegt, die ebenfalls zuerst für astronomische Anwendungen realisiert wurden.

astrOOptics fokussiert sich genau auf dieses Potential von astrophotonischen Pilotanwendungen und auf Forschungsthemen mit einem hohen Innovationspotential für Hochtechnologie in Astrophysik und Weltraumforschung.

Die Umsetzung der Ziele von astrOOptics, basiert ganz wesentlich auf der Verfügbarkeit von Hochtechnologien, z.B. ultrakurz gepulsten Lasern, Hochleistungs-UV-Lasern, Prozesstechnik zur Herstellung integrierter Optik, Mikro- und Nanochstrukturierung von Oberflächen u.ä., die die Grundlage für Problemlösungen in Astrophysik und Weltraumforschung bilden.

Teilziel A: Die integrierte Optik ist ein Teilgebiet der Optoelektronik, das - als Gegenstück zur integrierten Elektronik - die Entwicklung und Fertigung von integrierten optischen Bauelementen zum Gegenstand hat. Diese Systeme, bestehend aus miniaturisierten optischen Komponenten, dienen zur Verarbeitung optischer Signale. AstrOOptics beabsichtigt die Entwicklung eines höchstauflösenden integrierten photonischen Spektrographen für den 1.5 μm - Wellenlängenbereich (H-Band), welcher beispielsweise in Weltraumteleskopen Anwendung finden kann. Im Erfolgsfall zeichnet sich der integrierte photonische Spektrograph durch Kompakt- und Robustheit bei gleichzeitig hoher optischer Leistung aus. Die zu entwickelnden Lösungsansätze der integrierten Optik verfügen über das Potenzial auch auf andere Anwendungsgebiete (z.B. medizinische Point-of-Care-Diagnostik (POC), Umweltmonitoring, Qualitätssicherung bei der Produktion und bei Lebensmitteln) übertragen zu werden.

Teilziel B: Für Astronomen stellt die uns schützende Erdatmosphäre das größte Hindernis dar, um mit terrestrischen Instrumenten den Kosmos nach neuen Planeten, Galaxien und Phänomenen zu erforschen, da die Atmosphäre durch spektrale Störsignale das Messsignal überlagert. Ein vielversprechender Ansatz, um die Leistungsfähigkeit astronomischer Beobachtungsinstrumente zu verbessern, ist deshalb die Filterung des gemessenen Lichtsignals, um diese Störsignale zu unterdrücken. Dieser sogenannte OH-Suppressions-Filter gehören zu den komplexesten optischen Komponenten, die je realisiert wurden. Das Ziel des Verbunds astrOOptics ist es, solche hochkomplexen OH-Supression-Filter in sogenannten Multikernfasern zu realisieren. Damit könnte ein einzigartiges, hochleistungsfähiges Filterprinzip entwickelt werden, welches in allen auf Bildübertragung in Fasern beruhenden Anwendungen, z.B. in der Endoskopie, verwendet werden kann.

Teilziel C: Nanostrukturierte photonische Funktionsflächen bestehen aus auf einer Oberfläche angeordneten photonischen Nanomaterialien, die eine hohe optische Funktionalität aufweisen. Die Funktionalität der Oberflächen hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften wird durch die Geometrie der photonischen Nanostrukturen gesteuert und ist deshalb über einen außergewöhnlich großen Parameterbereich einstellbar. Im Extremfall kann man sich vorstellen, dass nahezu die gesamte Funktionalität eines komplexen optischen Instruments in eine einzige nanostrukturierte photonische Funktionsfläche integriert werden kann. Das gemeinsam formulierte Forschungsziel von astrOOptics ist deshalb die Entwicklung von neuen Komponenten mit Funktionsflächen aus photonischen Nanomaterialien. Anhand der Ergebnisse sollen neuartige Konzepte für astronomische Instrumente und Messverfahren erarbeitet werden.

Die thematischen Schwerpunkte

  • Anwendungsorientierte Technologieforschung zur Realisierung von Durchbruchsinnovationen und Schlüsseltechnologien
  • Ausbau der Forschungs- und Technologieinfrastrukturen in strategisch bedeutsamen Themenbereichen
  • Realisierung von Demonstratoren, die das Innovationspotential neuer Technologien belegen, und weitere Maßnahmen zur Erschließung von Anwendungsfeldern und Märkten
  • Sicherung des hochqualifizierten Nachwuchses durch Ausbildung und strategische Personalentwicklung

Die Partner

Das Verbundprojekt wird getragen von folgenden Einrichtungen:

Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) mit ZIK „innoFSPEC Potsdam“
Friedrich Schiller-Universität Jena mit ZIK „ultra optics“
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) Jena

Kontakt

Prof. Dr. Martin M. Roth
innoFSPEC Potsdam
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)
An der Sternwarte 16
14482 Potsdam
Tel.: (0331) 7499 313
Fax: (0331) 7499 436
E-Mail: mmroth[at]aip.de
http://www.innofspec.de/

Prof. Dr. Andreas Tünnermann
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Physikalisch-Astronomische Fakultät
Max-Wien-Platz 1
07743 Jena
Tel.: (03641) 65 76 40/(03641) 80 72 01
E-Mail: tuennermann[at]iap.uni-jena.de
http://www.ultra-optics.de

Projektlaufzeit: 01.10.2016 bis 30.09.2019