Mit Bausteinen die Photonik erforschen

Experimente zur Messung von Laser­leistung, Wellen­länge und Kohärenz auf Basis von Lego-Bau­steinen? Wie das funk­tioniert zeigt seit 2013 die Uni Osna­brück im Projekt „my­photonics“. Das Projekt startete mit einem Michelson-Inter­fero­meter: Bis auf den Laser und die zuge­hörigen Optiken besteht der Aufbau des Inter­fero­meters komplett aus Lego-Steinen. Das Besondere an dem Projekt: Die Kosten für das Inter­fero­meter belaufen sich auf weniger als 150 Euro und sind somit fast um den Faktor 20 geringer als bei pro­fessio­nellen Systemen. So werden diese vormals kost­spieligen Labor­auf­bauten auch für den Unter­richt in Schulen und im Studium er­möglicht.

„Der Do-it-yourself-Gedanke macht das Projekt zu etwas ganz Besonderem“, so Felix Lager von der Uni Osna­brück. Das Projekt richtet sich insbe­sondere an Schüler, die schon in der Aufbau­phase invol­viert sein sollen. Die aktive Mit­arbeit steigert die Moti­vation und führt infolge­dessen zu einer massiven Lern­effekt­steigerung. Felix Lager und Stefan Klomp­maker haben eine Vergleichs­studie an einem Gymnasium mit jeweils zwei Grund- und Leistungs­kursen durch­ge­führt. Die Studie zeigt, dass bei gleicher Unter­richts­zeit ein Grund­kurs mit einem solchen Expe­ri­ment bessere Lei­stungen er­bringen kann als ein Leistungs­kurs mit pro­fessio­neller Aus­stattung.

Mit dem Aufbau des Laserinterferometers aus den Plastik-Stein­chen konnte das Team der Uni Osnabrück nach­weisen, dass kleinste Längen­unter­schiede, die beispiels­weise bei der thermischen Aus­dehnung auf­treten, ge­messen werden können. Mittler­weile können die Inten­si­täts­ände­rungen im Inter­fero­meter auch mit einem eigens ent­wickelten Vier-Kanal-Photo­dioden­ver­stärker er­fasst werden.

Anfang März 2016 ist nun ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geför­dertes Projekt gestartet, das die Idee des Projekts auf eine nächste Ebene hebt. In den nächsten drei Jahren soll hierfür „my­photonics“ um die Bau­kasten­platt­formen Fischer­technik, Arduino und 3D-Druck er­weitert werden. Damit sollen in dieser Zeit die Lern- und Aus­bildungs­effekte der Idee für die Bereiche Open Innovation, Open Edu­cation und Open Research in der Photonik er­forscht und aus­ge­weitet werden.

Gegen Projektende soll dann schließ­lich ein voll­ständiges Do-it-Yourself-Optik­labor ein­schließ­lich photo­metrischer Kompo­nenten ent­stehen und als Open Source Hard­ware zur Ver­fügung ge­stellt werden. Ziel des Projekts ist die Förderung des wissen­schaft­lichen Nach­wuchses in den Bereichen Optik und Photonik durch Einsatz kosten­günstiger und ver­breiteter Open Source Hard­ware Kompo­nenten.

VDI / RK