Würdigung der Innovationen in der Lasertechnologie

Seit 2000 zeichnet der Berthold Leibinger Innovationspreis alle zwei Jahre Arbeiten zur Lasertechnik aus, die praxisnahe Erkenntnisse schaffen und diese zielgerichtet für die Umsetzung einer neuen Technik anwenden. Er wird international ausgeschrieben. Aus den Bewerbungen und Vorschlägen nominiert die Jury acht Kandidaten, die in einer Jury-Sitzung ihre Arbeiten persönlich präsentieren. Der Berthold-Leibinger-Zukunftspreis ist ein Forschungspreis für angewandte Lasertechnologie. Seit 2006 wählt die Jury des Innovationspreises auch einen herausragenden Forscher aus. Die Auswahl erfolgt auf der Basis nicht-öffentlicher Vorschläge geeigneter Kandidaten. Am Freitagabend fand die feierliche Preisverleihung mit Grußworten von Bundesministerin Annette Schavan, Landesministerin Theresia Bauer und dem japanischen Botschafter, Takeshi Nakane, in Ditzingen statt.

Die Jury des Berthold Leibinger Zukunftspreises hat Osamu Kumagai, Senior Vice President der Sony Corp., Japan, als Preisträger des Jahres 2012 ausgewählt. Kumagai wird geehrt für seine tiefgreifenden Kenntnisse, wichtigen Beiträge und wegweisenden Entscheidungen zur Entwicklung und Fertigung von Lasertechnologie zur Anwendung in optischen Disc-Speichermedien. Sonys monolithisches Zwei-Wellenlängen-Lasersystem für die „Playstation 2“ Spielkonsole war die weltweit erste Technologie, die eine einfach Rückwärtskompatibilität zwischen den beiden Speichermedien CD und DVD erlaubte. Die Reduzierung der Anzahl verschiedener Komponenten ermöglichte es Sony, diese Technologie günstig in großer Stückzahl herzustellen. Jahre später führte Sony wieder als Erster das monolithische Drei-Wellenlängen-Lasersystem mit Kompatibilität für CD, DVD und Blu-ray Disc (BD) für die „Playstation 3“ ein. Sonys monolithische Multi-Wellenlängen-Lasersysteme stellen eine einzigartige innovative Technologie dar. Über viele Jahre hinweg bot sie entscheidende Marktvorteile. Inzwischen wurde sie aufgrund seiner Einfachheit und Kompatibilität zum Industriestandard.

In seiner frühen Karriere etablierte Kumagai erfolgreich ein führendes Design für Laserdioden und deren Herstellung für die erste Generation der optischen Discs. Auf dem Gebiet der Photonik setzte Kumagais Bereich die führende Laserdiodenentwicklung fort und entwickelte den weltweit ersten echten grünen Diodenlaser für Projektoren sowie den weltweit ersten blau-violetten Ultrakurzpuls-Halbleiterlaser für zukünftige biomedizinische Anwendungen.

Den ersten Preis des Berthold Leibinger Innovationspreises 2012 erhielten die zwei Wissenschaftler Tso Yee Fan und Antonio Sanchez-Rubio vom MIT Lincoln Laboratory gemeinsam mit ihrem Kollegen Bien Chann, Mitgründer der TeraDiode Inc. Sie sind die Erfinder eines Prinzips für Diodenlaser mit hoher Brillanz. Chann, ehemaliger Mitarbeiter des Lincoln Laboratory, treibt inzwischen die Kommerzialisierung dieser Technologie voran.

Fan und Sanchez-Rubio hatten die Idee, ein einfaches physikalisches Prinzip zu verwenden, um das Licht vieler Diodenlaser so zu kombinieren, dass ihre Strahlqualität erhalten bleibt. Bis zu hundert Diodenlaser und mehr, jede von ihnen mit leicht unterschiedlicher Wellenlänge, strahlen ihr Licht nebeneinander auf ein schräggestelltes sehr feines optisches Gitter. Unterschiedliche Wellenlängen reflektiert das Gitter unter verschiedenem Winkel und kann die verschiedenen Strahlen so bei entsprechender geometrischer Anordnung exakt übereinander legen. Am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge entwickelten sie dieses Prinzip bis hin zu Anwendungsreife und eröffnen der Diodenlasertechnologie damit die Perspektive, auch in wichtigen industriellen Prozessen direkt eingesetzt zu werden, und nicht nur zum Pumpen anderer Lasertypen.

Insgesamt dreizehn Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT) sowie dessen Ausgründungen Edgewave und Amphos erhalten 2012 als Projektgruppe „InnoSlab Laser“ den 2. Preis. Hinter der Bezeichnung Innoslab steckt eine Laserplattform für einen diodengepumpten Festkörperlaser, dessen laseraktives Medium ein plattenförmiger (englisch „slab“), etwa ein Millimeter dicker Kristall ist. Wie die ebenfalls diodengepumpten Scheiben- und Faserlaser ermöglicht das Innoslab-Konzept, hohe mittlere Leistung und Strahlqualität zu erreichen.

Das Innoslab-Konzept unterscheidet sich von seinen Verwandten im Aufbau durch die Geometrie. Sie liegt zwischen den Extremen dünne Scheibe mit großem Querschnitt einerseits und lange Faser mit kleinem Querschnitt andererseits. Nicht allein geometrisch, sondern auch bei den Lasereigenschaften liegen InnoSlab-Strahlquellen zwischen den Extremen. Daher sind ihre Einsatzgebiete überall da, wo ein Mittler zwischen den ausgezeichneten aber teils konträren Eigenschaften von Scheiben- und Faserlasern gesucht wird. Besonders häufig ist dies bei Kurz- und Ultrakurzpulslasern sowie bei spektral reinen Lasern mit hoher Leistung der Fall. Anwendungen liegen im Bereich der industriellen Mikrobearbeitung, bei sensorischen Anwendungen wie dem Lidar oder der photoakustischen Diagnose.

Intelligentes Sehen, so lässt sich die Entwicklung von Andreas Blug, Felix Abt und Leonardo Nicolosi auch beschreiben. Doch handelt es sich bei der prämierten Entwicklung des 3. Preises um eine Prozessregelung für das Laserschweißen. Dieses entzog sich lange einer solchen Regelung, zum Leidwesen der Anwender in der Industrie, wo sich das Laserschweißen bereits als ein Standard etabliert hat. Blug, Abt und Nicolosi gelang als Ersten und bisher Einzigen, eine zuverlässige, sogenannte geschlossene Regelung für Laserschweißprozesse für den Serieneinsatz zu entwickeln. Damit können unvermeidliche Prozessschwankungen ausgeglichen und so die Qualität der Schweißnaht sichergestellt werden.

Auf diese Weise wird immer exakt so viel Laserleistung abgerufen, dass der gesamte Querschnitt der Fügeteile für die maximale Festigkeit genutzt wird. Dies verbessert die Qualität der Schweißverbindung, weil Leistungsüberschüsse und somit Schweißrauch und Spritzer reduziert werden. Der Energieeinsatz kann dadurch um etwa fünf Prozent verringert werden. Darüber hinaus ermöglicht das neue System erstmals das „geregelte Einschweißen“ beim Verbinden sich überlappender Bleche. Hierbei wird das am Spalt zwischen Oberblech und Unterblech entstehende Durchschweißloch genutzt, um die Einschweißtiefe im Unterblech zu regeln. Es wird gerade so weit in das Unterblech geschweißt, dass dessen Unterseite nicht verletzt wird und sich später ohne optische Beeinträchtigung lackieren lässt. Dies bietet beispielsweise Automobilherstellern enorme Vorteile: Das Zink an der Nahtunterseite verdampft nicht, anders als beim Durchschweißen. Damit bleibt bei verzinkten Stahlblechen der Korrosionsschutz erhalten und es sind bei gleicher Nahtfestigkeit Energieeinsparungen bis zu 30 Prozent möglich.

Leibinger-Stiftung / OD