Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Präzision mit Laserradar

08.01.2001


... mehr zu:
»FBH »Laser »Laserdiod »Laserradar
Eine neuartige Laserdiode aus dem Berliner Ferdinand-Braun-Institut (FBH) ist das Herzstück eines Laserradars, mit dem das hoch präzise Vermessen von Abständen möglich ist. Der Einsatz von Licht sprengt die
Grenzen etablierter Messtechnik

Die Nutzung des Lichtes jenseits der abbildenden Optik hat in den letzten Jahren und Jahrzehnten rasante Fortschritte gemacht. Als Kronzeuge für diese Entwicklung steht der Laser. Laserlicht ist aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Fehlte es, könnte man nicht so präzise schweißen, schneiden, bohren, abtragen und beschichten. Bilder und Klänge hätten weit weniger Brillanz, Drucker wären nicht gestochen scharf, an den Kassen der Supermärkte müssten Verkäuferinnen wieder lange Zahlenreihen eintippen statt den Preis per Laserscanner abzutasten.
Waren Laser früher noch große Monster mit aufwändiger Kühlung, kann man sie heute auf einem Chip unterbringen. Die Lebensgemeinschaft von Lasertechnologie und Mikroelektronik erschließt immer neue Anwendungsfelder.

Jüngstes Beispiel sind Laserdioden aus dem Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in einem Laser-Radar. Wie es zu der Entwicklung kam, schildert Dr. Andreas Klehr: "Die Firma Siemens suchte nach einer Möglichkeit, riesige Turbinen haargenau in das umgebende Gehäuse einzupassen. Je näher die Turbinenschaufeln der Gehäusewand kommen (ohne sie zu berühren), um so höher ist die Energieausbeute beim Betrieb der Turbine. Das zu realisieren, war die Herausforderung."
Um sie zu bewältigen, entwickelten die FBH-Forscher eine Halbleiter-Laserdiode, deren Funktionsprinzip Dr. Klehr so beschreibt: "Laserlicht wird auf die Schaufeloberfläche gestrahlt und die Wellenlänge kontinuierlich verändert. Aus dem Lichtecho kann man dann die Maße mit bisher nicht gekannter Präzision berechnen". So können die Monteure das Großaggregat in zehn Meter Entfernung noch mit einer Genauigkeit von einem hundertstel Millimeter vermessen. Das Laserradar, eine Gemeinschaftsarbeit zwischen der Siemens AG, der Firma Carl Zeiss Jena und dem FBH, ist eine Maßanfertigung mit Leistungsparametern, die man nicht per Katalog bestellen kann.

Hightech stecknadelkopfgroß
Wie kommt es, dass die Strahlen aus winzigen Laserdioden genau das tun, was sie nach dem Willen der Ingenieure tun sollen? Das Schlüsselwort heißt III / V-Halbleitertechnologie. Auf Substraten aus Galliumarsenid (GaAs) trägt man extrem dünne Schichten so auf, dass die Laserdioden im Wellenlängenbereich von 700 bis 1100 Nanometern arbeiten - optimal für solche speziellen Anwendungen.
Halbleiterlaser sind zwar gerade stecknadelkopfgroß, verkörpern aber Hightech in Reinkultur; die Herstellung eines solchen Chips verlangt viel Erfahrung und technologisches Gespür. "Für das Radarprinzip", erläutert Dr. Klehr, "soll die Laserlinie möglichst schmal, also die Frequenz hoch stabil sein, was einem Hundertmillionstel der Laserwellenlänge entspricht. Das erreichen wir durch ein in den Laser integriertes Gitter mit einer Periodenlänge von 150 Nanometern. Diese schmale Linie muss kontinuierlich über 100 Gigahertz (GHz) verschiebbar sein. Das wiederum lässt sich durch Aufheizen einzelner Bereiche des Lasers realisieren. Dafür werden spezielle Kontakte auf den Kristall aufgedampft. In das fertige Schichtpaket werden Strukturen geätzt, die der Führung des Lichtes dienen. Die Laser werden schließlich mit einem Diamantschneider aus dem Wafer heraus präpariert und in Laserdiodenträger eingebaut."

Die neue Laserbaureihe erfordert rund 100 Arbeitsschritte, die mehrere Wochen dauern. Dann jedoch ist ein kleines technisches Kunstwerk fertig, das seinesgleichen sucht. Wieder einmal hat ein ausgefallener Kundenwunsch die Technologie ein gutes Stück vorangebracht.

Weitere Einsatzfelder
Die FBH-Wissenschaftler suchen inzwischen weitere Einsatzfelder für ihre Laser-Sensoren. Erneut bietet Siemens einen Anwendungsfall: die elektrischen Oberleitungen bei der Deutschen Bahn AG. Bei diesen Leitungen soll der Verschleiß durch Abrieb gemessen werden - ein für die Sicherheit des Bahnbetriebs entscheidender Vorgang, denn frühzeitig könnte die Reparatur an einem kritischen Streckenabschnitt eingeleitet werden. Das Laserradar, erläutert Andreas Klehr, wird bei dieser Anwendung auf einer Lokomotive installiert und sein Impuls auf die Drähte geleitet. Aus der reflektierten Strahlung lässt sich "dann leicht" die Information über den Abrieb der Drähte herauslesen.

Weitere interessante Anwendungen dieser Laserdioden sind Oszillatoren für Nd-YAG-Lasersysteme in der Materialbearbeitung. Durch Übertragung der Technologie auf andere Wellenlängen werden auch Anwendungen in der Spektroskopie und Displaytechnologie möglich.

Ansprechpartner: Dr. Andreas Klehr, Tel.: 030 6392 2658, E-Mail: klehr@fbh-berlin.de

Bildunterschrift
Laserdiode mit eingebautem Gitter, auf einen Träger aus Aluminiumnitrid (AlN) montiert. Die drei Sektionen des neu entwickelten Lasers sind mit Bonddrähten kontaktiert. Die Gesamtlänge des Lasers beträgt 2mm. Abb: Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH)

Das FBH gehört zusammen mit 77 anderen außeruniversitären Forschungseinrichtungen zur Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz e.V. (WGL). Das Spektrum der Leibniz-Institute ist breit und reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Sozial- und Raumwissenschaften bis hin zu den Geisteswissenschaften und Museen mit angeschlossener Forschungsabteilung. Die Institute arbeiten nachfrageorientiert und interdisziplinär. Sie sind von überregionaler Bedeutung, betreiben Vorhaben im gesamtstaatlichen Interesse und werden deshalb von Bund und Ländern gemeinsam gefördert. Näheres unter: http://www.wgl.de.

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Joachim Moerke | idw

Weitere Berichte zu: FBH Laser Laserdiod Laserradar

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Granulare Materie blitzschnell im Bild
21.09.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Sprühtrocknung: Wirkstoffe passgenau verkapseln
01.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie