Milchstraße und Kuhmilch

Viele Zukunftstechnologien sind aus Licht gemacht. Im interdisziplinären ZIK „innoFSPEC“ Potsdam greifen Wissenschaftler aus der Astrophysik und der Physikalischen Chemie gemeinsam nach den Sternen und schauen in die Milchkanne.

Was haben ferne Galaxien mit Milch zu tun? Da liegt zunächst die gedankliche Verbindung zur „Milchstraße“, diesem weißlichen Band am Nachthimmel, nahe. „Sie setzt sich aus Milliarden von Sternen zusammen, die mehr oder weniger verschwenderisch mit ihrer Energie umgehen“, sagt Martin Roth. Er ist einer der beiden Gründungsväter des Zentrums für Innovationskompetenz (ZIK) für „Faseroptische Spektroskopie und Sensorik“ in Potsdam.  Roth kommt in Redefluss, wenn es um die „galaktische Archäologie“ geht. Er ruft auf seinem Monitor beeindruckende Bilder auf: „Die Sterne produzieren durch Kernfusion ihre Energie“, erklärt er und dass sich ihr Alter durch Spektroskopie bestimmen lässt.

Wissenschaftler aus Jena und Potsdam stehen im Optiklabor des ZIK innoFSPEC.

Wissenschaftler aus Jena und Potsdam stehen im Optiklabor des ZIK innoFSPEC vor dem Versuchsaufbau zur Herstellung der komplexen Faser-Bragg-Gitter.

PRpetuum GmbH

Im Trüben fischen

Das vom Bundesforschungsministerium geförderte interdisziplinäre ZIK innoFSPEC ist ein Gemeinschaftsvorhaben des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) und der Physikalischen Chemie der Universität Potsdam (UP). Es entwickelt optische Fasern für hochleistungsfähige Spektrographen und Sensoren, mit deren Hilfe sowohl Sterne in fernen Galaxien aufgespürt und archäologisch untersucht werden können als auch ganz „irdische“ Stoffgemische. Da kommt tatsächlich die Kuhmilch ins Spiel. Mittels Infrarotspektroskopie können Proben von Milch und von anderen eingetrübten flüssigen oder cremigen Substanzen analysiert werden.

Martin Roth kommt auf die „MUSE“ zu sprechen. Sicher geht es auch um Inspiration, wenn vom „Multi Unit Spectroscopic Explorer“ die Rede ist. In erster Linie aber soll der bislang leistungsfähigste optische 3D-Spektrograph genaue Daten aus dem Weltall liefern. Roth und Wissenschaftlerkollegen des AIP waren an der zehnjährigen Entwicklung dieses Spektrographen beteiligt. Vor zwei Jahren wurde er am Very Large Telescope in Chile angebracht und leistet seitdem hervorragende Arbeit.

Im Labor von innoFSPEC Potsdam steht ein Modul dieses Spektrographen, das weiterentwickelt und miniaturisiert werden soll – auch für den Einsatz an Satelliten.

Störendes Licht am Nachthimmel

„Faser-Bragg-Gitter haben dabei als Filter eine besondere Bedeutung“, sagt Martin Roth. „Sie ermöglichen astronomische Beobachtungen extrem schwacher Galaxien durch die störenden atmosphärischen Emissionslinien hindurch.“ Emissionslinien, so Roth, könne man sich als Licht vorstellen, das nur bei einer bestimmten Wellenlänge ausgestrahlt wird. Am Nachthimmel würden Hunderte solcher Wellenlängen störendes Licht aussenden.

Neuartige Faser-Bragg-Gitter können dieses Störlicht ausfiltern. Eine der ZIK-Forschungsaufgaben ist es, die Herstellung der Gitter durch UV-Laserbelichtungen zu optimieren. Wissenschaftlerkollegen aus Jena sind jetzt mit im Boot und bringen ihre Kompetenzen ein, was die anspruchsvolle lithografische Herstellung der hierfür benötigten Phasenmasken betrifft.

Schlüssel aus Licht

Gemeinsam haben sich die ZIKs innoFSPEC aus Potsdam und ultra optics aus Jena zum Verbund-ZIK „astrOOptics“ zusammengeschlossen, um eine Brücke von der Grundlagenforschung zur Anwendung in astronomischen Messinstrumenten zu bauen. Beide Forschungspartner setzen das Licht als wichtigen Schlüssel zu modernen Technologien des 21. Jahrhunderts ein.

„Wie für die Astronomie sind auch für die Industrie Miniaturisierung plus Präzision ein großes Thema“, sagt Martin Roth. Er verweist über die Astronomie hinaus auf weitere Zukunftsfelder, die von der Forschung am ZIK innoFSPEC Potsdam profitieren können. Die Lebenswissenschaften und die Medizin gehören dazu.

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