Deutscher Zukunftspreis 2013

Am 4.12.2013 hat Bundespräsident Joachim Gauck den Deutschen Zukunftspreis an die Erfinder und Entwickler des Ultrakurzpulslasers verliehen - ein gemeinsames Team der Universität Jena und der Firmen Trumpf und Bosch. Sie haben den Ultrakurzpulslaser zur Industriereife entwickelt.

Dieser Ultrakurzpulslaser sendet hunderttausende extrem energiereiche Lichtpulse pro Sekunde, die dafür unglaublich kurz sind. Das hat den Vorteil, dass sie das Werkstück nicht erhitzen, zum Beispiel dieses mit Laser gravierte Streichholz. Paradox: Im Zentrum des Pulses herrschen 6000 Grad Celsius.

Mit den Lasern produziert Bosch in Stuttgart solche und ähnliche Einspritzdüsen für fast alle wichtigen Autobauer auf der Welt. In diesen Düsen ist das Benzin auf einen Druck von etwa 1000 Bar verdichtet, also das 1000-fache unseres Umgebungsdrucks. Durch mikroskopisch kleine Löcher in der Spitze wird der Treibstoff in den Motorraum gesprüht.

So sieht die Spitze der Düse aus der Nähe aus: Die Löcher zeigen in verschiedene Richtungen. Jedes ist sehr präzise gebohrt. So können die Ingenieure sicherstellen, dass das Benzin sich im Motorraum so fein verteilt, dass sich nichts an den Wänden des Kolbens absetzt. Dadurch wird die Verbrennung sauberer und effizienter. Etwa ein Fünftel des Treibstoffs lässt sich so einsparen.

Uhren, Computer, Unterhaltungselektronik, Messgeräte und andere Bauteile werden immer kleiner. Das geht nur, weil immer mehr Elektronik Platz auf immer kleineren Platinen findet. Da hat der altbekannte grobe Lötkolben längst ausgedient: Winzige Platinen entstehen heute mit einem Ultrakurzpulslaser und die Halbleiter werden damit in Form geschnitten.

Viele Hersteller von Glas für Handy- oder Tablet-Displays verwenden schon heute Ultrakurzpulslaser, um Millionen von Glasteilen in die passende Form zu bringen. Das Ergebnis ist sauber und ohne jegliche scharfe Kanten. Ein mechanischer Glasschneider hätte dagegen keine Chance.

Auch beim Team der Firma Coherent ging es um Displays für Mobiltelefone. Die Erfinder aus Göttingen haben einen Weg gefunden, die optische Wirkung der Telefone zu verändern: Man sieht ihnen nicht mehr an, dass es eigentlich Computerbilder sind. Anstelle von Pixeln zeigen die heutigen Displays gestochen scharfe Farben und Formen.

Coherent benutzt dazu Laser. Wie solch ein Gerät funktioniert, ist hier schematisch auf einem Mobiltelefon zu sehen. Zwei Laserstrahlen werden mit einem speziell entwickelten optischen System auf einen einzigen Linienfokus vereint. Dann dringt das Licht in das Displayglas ein und verrichtet dort sein Werk - bei etwa 1400 Grad Celsius.

In dem Glas verwandelt der Laser das amorphe - also ungeformte - Silizium an der Oberfläche des Displays in sogenanntes Polysilizium. Ohne solches Polysilizium gibt es keine hochauflösenden Bildschirme. Hier sieht man den Laser beim Umwandlungsprozess. Die Industrie kann mittlerweile mehrere Quadratmeter große Flächen so bearbeiten.

Und so sieht das Ergebnis unter einem Mikroskop aus: Eine Polysilizium-Struktur. Hinter jedem Pixel versteckt sich eine Art Schalter, der das Pixel zum Leuchten bringt. Das Mikroskop-Foto wurde auch hier auf ein Handy Display übertragen, das selbst wiederum mit einer solchen Polysilizium-Oberfläche beschichtet ist.

Coherent rechnet damit, dass die Nachfrage nach dieser Lasertechnik weiter steigen wird. Wirtschaftsprognosen gehen davon aus, dass sich der Absatz von Smartphones und Tablet-PCs innerhalb der nächsten drei bis vier Jahre verdoppelt. Und diese neuen Geräte brauchen alle brillant leuchtende Bildschirme.

Brillant soll auch das Licht der Zukunft leuchten. Das Team der Universität München und der Firma Philips ist mit Leuchtstoffen für LED-Lampen angetreten. Mit diesen ist es erstmals möglich, das gesamte natürliche Farbspektrum auch mit energiesparenden LEDs zu erzeugen. Das können Nitridosilikate - also Verbindungen zwischen Silizium und Stickstoff.

Der Erfinder Peter Schmidt experimentiert mit den Leuchtstoffen in einer Handschuhbox. Die enthält Argon als Ersatzgas - oder Inertgas. Der Grund: Seine Nitridosilikate kommen nur dort vor, wo es keinen Sauerstoff gibt, weil das Silizium ansonsten sofort damit reagieren würde. Für verschiedene Farbtöne hat Schmidt unterschiedliche Mischungen.

So sehen normale weiße LEDs aus: Sie strahlen kaltblaues Licht aus und sind sehr hell. Für Fahrradlampen, Taschenlampen und Autos mag das gut sein, aber in der Wohnung wünscht man sich eher etwas Gemütliches - denn das kaltblaue Licht gibt die Farben der angestrahlten Dinge schlecht wieder. Die Lösung: Eine Plastikscheibe, die auf die blaue Lampe aufgebracht wird.

Die Kunststoffscheibe mit dem Farbstoff aus Nitridosilikat verwandelt einen Teil des blauweißen - als kalt empfundenen - Lichts in warmweißes angenehmes Licht um. Das neue Licht ist zwar nicht so hell wie zuvor, aber für Menschen viel schöner, weil es alle Wellenbereiche des Lichts natürlich wiedergibt - so wie eine herkömmliche Glühbirne.

Nicht nur das Licht großer Lampen lässt sich so umwandeln. Den Nitridosilikat-Leuchtstoff kann man als Tropfen auch direkt auf kleine LEDs aufbringen.