Schalten, messen, leuchten – optische Fasern als Alleskönner

Der Thüringer Wachstumskern "Tailored Optical Fibers" will neuartige optische Fasern entwickeln, die von der Medizin bis zur Raumfahrt einsetzbar sind. Knapp zwei Jahre nach dem offiziellen Start zogen die Partner erste Bilanz.

Eine internationale Lasertagung in Jena war der passende Rahmen für das Treffen. Der Workshop des Wachstumskerns war gut besucht, schließlich sind maßgeschneiderte optische Fasern in der Industrie genauso wie für Alltagsanwendungen gefragt. Dazu müssen die Fasern jedoch thermisch, mechanisch und chemisch besonders robust sein. Selbst im Vakuum ist Beständigkeit gefragt, beispielsweise für Anwendungen im Weltraum.

Optische Fasern mit spezieller Sprühbeschichtung

Mehr Licht: Dort, wo die optischen Fasern eine spezielle Sprühbeschichtung bekommen haben, ist die Lichtabstrahlung des flächig leuchtenden Bandgewebes stärker.

Fraunhofer IOF

Um das zu erreichen, können die Fasern mit Metallen beschichtet werden. Eine der Arbeitsgruppen hat bereits erste Versuche mit Silber und Kupfer unternommen, um die optischen Fasern thermisch und chemisch beständiger zu machen. Beim sogenannten Freeze Coating wird die Glasfaser durch das geschmolzene Metall gezogen, das an der Faser „gefriert“ und eine gleichmäßige Beschichtung bildet. Mechanische Robustheit und eine höhere Elastizität soll eine sogenannte Ring-Dotierung erreichen. So sind sie weniger anfällig für Brüche und Risse, wie erste Biegeversuche zeigten.

Störungsfrei messen

Schalter auf der Basis optischer Fasern sind besonders in der Telekommunikation und für optische Messungen interessant. Ein Team des Wachstumskerns hat solche Faserschalter in miniaturisierter Form entwickelt und als Demonstrator gebaut.

Auch als Temperatursensoren eignen sich optische Fasern sehr gut, zum Beispiel in Hochöfen. Die Temperatur kann entlang der Faser an verschiedenen Stellen des Ofens gemessen werden. In Hochöfen, in denen Glas oder Metall geschmolzen wird, ist es wichtig, die Temperatur im gesamten Ofenraum genau zu kennen und regulieren zu können.

Für das Internationale Forschungszentrum Cern hat eine der am Wachstumskern beteiligten Firmen sogar einen optischen Temperatursensor für Messungen im Vakuum entwickelt. So können die Wissenschaftler in der Schweiz über mehrere Kilometer störungsfrei messen.

Licht ins Dunkle bringen

Ein Team des Wachstumskerns arbeitet daran, optische Fasern in der Medizin für endoskopische Untersuchungen und Gewebeentnahmen einzusetzen. Solche Biopsien sind sehr aufwändig und bis zum Befund können Tage vergehen.

Modell einer endomikroskopischen Sonde

Live-Diagnose: So könnte eine endomikroskopische Sonde aussehen, die mit Hilfe optischer Fasern direkt bei der Untersuchung hochaufgelöste Bilder des Gewebes liefert. 

Grintech GmbH

Mit Hilfe von optischen Fasern wollen die Ingenieure eine Art Mini-Mikroskop in die Endoskopie- Sonde einbauen. Auf diese Weise kann der Arzt das Gewebe an verschiedenen Stellen untersuchen und bekommt sofort einen Live-Befund. Das erspart den Patienten bange Wartezeiten und auf lange Sicht auch dem Gesundheitssystem viel Geld. Noch fehlen allerdings Kontrastmittel, die für den Menschen gut verträglich sind. Alternativ können sich die Wissenschaftler eine Bildgebung mit gepulsten Lasern vorstellen, die tief im Gewebe eine Analyse ermöglicht.

Optische Fasern eignen sich auch als Lichtquellen. Im Rahmen des Wachstumskerns sollen Gestricke mit leuchtenden Fasern entwickelt werden, die unter anderem als Beleuchtung, in Funktionskleidung oder in der Medizintechnik eingesetzt werden können. Momentan arbeiten die Wissenschaftler daran, die Robustheit und Leuchtkraft der Fasern zu erhöhen. Es sind viele Herausforderungen, denen sich die Partner des Wachstumskerns stellen wollen, um in den kommenden Jahren neuartige optische Fasern in die Anwendung zu bringen.

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