Optische Technologien – Mit Licht in die Zukunft

Im 21.Jahrhundert wird das Licht zum entscheidenden Innovationsträger. Rund um das Licht haben deutsche Forschung und Produktion ihre eindeutigen Stärken: Deutschland gehört in vielen Anwendungsgebieten der Optischen Technologien zur Weltspitze. Dies bedeutet Wettbewerbsfähigkeit, Wirtschaftswachstum und Arbeitsplätze in Deutschland. Die deutsche Erfolgsgeschichte „Optische Technologien“ ist nicht zuletzt ein Ergebnis des effizienten Zusammenspiels zwischen der Forschungspolitik und exzellenten Forschungsinstituten und Unternehmen. Das BMBF unterstützt die Optischen Technologien durch umfangreiche Fördermaßnahmen.


Licht verfügt wie kein anderes derzeit nutzbares Medium über eine Vielfalt einzigartiger Eigenschaften. Die Welt des Lichts umfasst eine außerordentliche Spannweite von Größenordungen. Licht lässt sich bis auf den millionsten Teil eines Millimeters – das ist ein Nanometer – bündeln. In dieser Größenordnung lassen sich mit Hilfe eines Lasers Worte auf ein Haar schreiben. Licht ermöglicht kürzeste Pulse im Bereich einer billiardstel Sekunde – einer Femtosekunde. In einem solchen Bruchteil einer Sekunde kann man in einem Laserstrahl eine Leistung von Millionen von Megawatt – das ist der Größenbereich von Terawatts – bündeln, was dem Tausendfachen der Leistung eines modernen Kraftwerks entspricht.

Daraus ergibt sich eine Fülle von Möglichkeiten zur technischen Nutzung des Lichts:

  • Glasfasernetze umspinnen den Globus, transportieren Daten und verbinden Menschen
  • Optische Datenspeicher stellen digitale Bibliotheken zur Verfügung und erlauben einen schnellen Zugriff auf deren Inhalte 
  • Mikroelektronische Schaltkreise – mit Licht erzeugt – ermöglichen immer schnellere Taktzeiten der Mikroprozessoren.

Diese Beispiele lassen sich beliebig fortsetzen: Beim Scanner an der Ladenkasse, bei der Musik von der CD, bei der berührungslosen Messtechnik in der Produktion oder Lasers für Materialbearbeitung und die Medizin – die technische Nutzung von Licht, vielfach in Verbindung mit Elektronik, gehört heute zum Alltag.

Rund um diese Nutzungsformen des Lichts ist ein Hochtechnologiezweig entstanden. Unter dem Begriff „Optische Technologien“ versteht man daher Strahlquellen, Komponenten, Module, Systeme und Verfahren zur Erzeugung, Verstärkung, Übertragung und Anwendung von Licht. Systeme auf der Basis von Optischen Technologien werden von Unternehmen aus den Bereichen Lasertechnik, Optik, Messtechnik, Beleuchtung, Optoelektronik, Medizintechnik und Maschinenbau hergestellt. Viele Produkte und Investitionsgüter gäbe es ohne Bauelemente aus der Optischen Technologie nicht. Auch in vielen hochmodernen Produktionsverfahren leisten Komponenten aus der Optischen Technologie als Bestandteil ihren Beitrag.

 

Innovationschancen für Deutschland – „Licht schafft Arbeitsplätze“

Optische Lithografie zur Herstellung von Computer-Chips (Quelle: Infineon)Optische Lithografie zur Herstellung von Computer-Chips (Quelle: Infineon)
Optische Technologien sind Schrittmachertechnologien für die moderne Wirtschaft und Gesellschaft. Sie bewirken wichtige Innovationen in Bereichen wie dem Maschinen-, Automobil-, Schiffs- und Flugzeugbau, der Mikroelektronik, der Beleuchtung sowie der Pharma- und Medizinprodukteindustrie, in denen Deutschland Kernkompetenzen hat.

In Deutschland hängen schon heute von den Optischen Technologien etwa 16 Prozent der Arbeitsplätze im verarbeitenden Gewerbe mittelbar oder unmittelbar ab. Dies entspricht etwa einer Million Beschäftigten. Direkt beschäftigt im Bereich der Optischen Technologien sind etwa 110.000 Menschen vor allem bei Laserherstellern, Herstellern optischer Komponenten und Systeme sowie der Beleuchtungsindustrie. Allein die rund 1.000 mittelständischen Unternehmen in den Optischen Technologien mit ihren 36.000 Arbeitsplätzen erwarten einen Zuwachs der Beschäftigten von über 40 Prozent bis zum Jahr 2010. Die Optischen Technologien stellen damit für den Wirtschaftsstandort Deutschland einen enorm wichtigen Wirtschaftszweig dar.

 

Strategie und Forschungsförderung – „Weltweit Spitze mit Forschungsförderung“

Seit Ende der 80er Jahre hat sich Deutschland zu einem Weltmarktführer in vielen Gebieten der Lasertechnik entwickelt: Bei den Laserstrahlquellen für die industrielle Fertigung hat sich unser Land vom Importeur heute zum Exportweltmeister mit einem Weltmarktanteil von 40 Prozent gemausert. Einen wesentlichen Beitrag dazu leistete die konsequente Förderpolitik. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat Projekte zu Lasertechnik und Optischen Technologien von 1987 bis 2004 mit über 770 Millionen Euro unterstützt.

Wachstumsmarkt LED (Quelle: LUMINO)Wachstumsmarkt LED (Quelle: LUMINO)
Nachdem die Forschung die umfassende technische Beherrschung der vielfältigen und einzigartigen Eigenschaften des Lichts möglich gemacht hat, werden gegenwärtig neuartige technologische Herausforderungen und Chancen sichtbar. Um das Feld der Optischen Technologien in seiner ganzen Breite zu erschließen, initiierte das BMBF in den Jahren 1999/2000 einen industriegeführten Strategieprozess zur Gestaltung und Nutzung dieses Wirtschaftsgebietes. Die Ergebnisse mit über 100 Handlungsempfehlungen an Wirtschaft, Wissenschaft und Staat sind in der Deutschen Agenda „Optische Technologien für das 21. Jahrhundert“ zusammengefasst. Auf Bundesebene ist unmittelbar nach dem Agendaprozess mit der Umsetzung vordringlicher Maßnahmen zur Stärkung der Optischen Technologien in Deutschland begonnen worden. Im Frühjahr 2002 startete das Förderprogramm „Optische Technologien – Made in Germany“. In diesem Rahmen stellt das BMBF zunächst bis zum Jahr 2006 rund 280 Millionen Euro bereit. Neben Maßnahmen zur Erschließung neuer Technologien mit besonderer Hebelwirkung für Wachstum und Beschäftigung sieht das Förderprogramm auch innovationspolitische Maßnahmen vor. So entstanden inzwischen neun Kompetenznetze zu den Optischen Technologien. Insgesamt mehr als 400 Firmen der Optischen Technologien, zumeist kleine und mittelständische Unternehmen, engagieren sich inzwischen in diesen lokalen Netzwerken.

Aktuelle Highlights

Die aktuellen Highlights der BMBF-Förderung umfassen einen weiten Bereich der Optischen Technologien:

  • Die Femtonik eröffnet mit ultrakurzen Laserpulsen bisher ungekannte Möglichkeiten in der Materialbearbeitung und der Medizin. Eine schmerzfreie Behandlung von Karies rückt damit in greifbare Nähe.
  • Hochleistungs-Diodenlaser liefern besonders effizient Laserlicht für Anwendungen in der Fertigungstechnik, der Druck- und Medizintechnik.
  • Die Biophotonik, die mit Hilfe neuer lichtbasierter Techniken tiefgehende Einblicke in Zellen und ihre Lebensvorgänge gewährt und dadurch Krankheiten vorbeugen und heilen will, geht bereits in ihre zweite Förderphase. Eine wirksame Tumorfrüherkennung ist eines der Ziele.
  • Organische Leuchtdioden sind als energiesparende und flexibel einsetzbare Lichtquellen besonders viel versprechend. Das BMBF plant hierzu eine neue Förderinitiative.

Von herausragender Bedeutung sind auch Bildungsinitiativen, denn auf dem noch jungen Gebiet der Optischen Technologien fehlt es an qualifiziertem Nachwuchs. Daher ist es wichtig, Information und Wissen in Schulen, Betrieben, Universitäten und Weiterbildungseinrichtungen verfügbar zu machen Faszination zu vermitteln und Interesse in der breiten Öffentlichkeit zu wecken. Dazu hat das BMBF die Gemeinschaftskampagne „FaszinationLicht“ ins Leben gerufen.

  • Innovation

    Kongress: Optische Technologien – Innovationschancen für Deutschland

    Die Optischen Technologien stehen für Wachstum und wirtschaftlichen Erfolg „made in Germany“. Der Umsatz der Branche verzeichnet zweistellige Zuwachsraten und die Zahl der Arbeitsplätze in den Optischen Technologien wird weiter zunehmen. Wie kann das Aus- und Weiterbildungssystem zum künftigen Erfolg unserer Wirtschaft beitragen? Wie können Forschungsergebnisse schneller in die Praxis umgesetzt werden? Diese und andere Fragen werden auf dem Kongress „Optische Technologien – Innovationschancen für Deutschland“ am 22. und 23. Februar 2005 in Berlin diskutiert. [mehr…] (URL: http://www.bmbf.de/de/3719.php)

  • Innovation

    Biophotonik – Licht für das Leben

    Biophotonik hat das Potential, mit Licht die Ursprünge von Krankheiten zu erkennen, diesen vorzubeugen oder sie frühzeitig und schonend zu heilen. Licht ist die besonders sanfte Methode, mit lebendem Gewebe umzugehen. Denn mit Licht läßt sich berührungslos arbeiten. Damit lassen sich die Lebensvorgänge in der Zelle sichtbar machen, ohne diese zu zerstören oder zu verändern. Die Forschung arbeitet an optischen Verfahren, mit denen man lebende Zellen besser beobachten und die Erkenntnisse für Vorbeugung und Heilung von Krankheiten einsetzen kann. [mehr…] (URL: http://www.bmbf.de/de/3597.php)

  • Innovation

    Femtonik – mit kürzesten Impulsen heilen und produzieren

    Wer hätte nicht gern eine völlig schmerzfreie Kariesbehandlung? Mit der Femtonik wird es möglich! Hitze und Erschütterungen verursachen die Schmerzen beim Bohren. Beides läßt sich mit einem Femtosekunden-Laser vermeiden. Doch dies ist nur eine der vielfältigen Anwendungen der Femtonik. Der Femtosekunden-Laser ermöglicht Materialbearbeitung mit Nanometer-Präzision. [mehr…] (URL: http://www.bmbf.de/de/3599.php)

  • Innovation

    Hochleistungs-Diodenlaser – Licht für die Produktion

    Laser spielen in modernen Produktionsprozessen eine Schlüsselrolle. Sie wirken auf Distanz, sind gut dosierbar und nutzen nicht ab. Durch den Einsatz von Lasern lassen sich Produkte verbessern und Rohstoffe sparen. Ein neues Werkzeug ist der Hochleistungs-Diodenlaser. Die Förderung dieser Technologie soll die Erzeugung von Laserlicht zehnmal effizienter machen als heute üblich. Das spart nicht nur Energie, sondern eröffnet völlig neue Anwendungsfelder und damit Perspektiven für die deutsche Industrie. [mehr…] (URL: http://www.bmbf.de/de/3601.php)

  • Innovation

    Organische Leuchtdioden – die Tapete als Lichtquelle?

    Die leuchtende Tapete, die ihre Farbe auf Wunsch ändert und gleichzeitig als Bildschirm dient – diese Vision verbinden Forscher mit organischen Leuchtdioden. Tatsächlich gelten organische LED langfristig als ideale Alternative zu heute bekannten Techniken im Display-Bereich und in der Beleuchtung. Um das neue Forschungsfeld in Deutschland aufzubauen und international wettbewerbsfähig zu gestalten, plant das BMBF eine breit angelegte Förderinitiative. [mehr…] (URL: http://www.bmbf.de/de/3604.php)

  • Innovation

    Faszination Licht – Innovation braucht Menschen

    Was ist Reflektion? Wie funktioniert ein Laser und wie lassen sich Laserpulse formen? Die Bildungsinitiative „FaszinationLicht“ des BMBF will die Grundlagen der Optischen Technologien für Jugendliche auf spielerische Weise vermitteln. Im Internet und bei einer Wanderausstellung lassen sich virtuelle und reale Experimente aus der Optik durchführen. So macht die Inititative junge Menschen auf ein wichtiges Zukunftsfeld mit attraktiven Berufsaussichten aufmerksam. Strategische Kooperationen mit Partnern im Bildungsbereich helfen zudem bei zielgerechter Aus- und Weiterbildung, die den Anforderungen der Unternehmen und Mitarbeiter entspricht. [mehr…] (URL: http://www.bmbf.de/de/3608.php)