Berthold Leibinger Zukunftspreis 2014

PreisträgerThema
Prof. Philip Russell, Max-Plank-Institut für die Physik des LichtsPhotonic Crystal Fibre

Prof. Philip Russell
Prof. Philip Russell

Professor Philip Russell, Mitglied der britischen Royal Society und Direktor am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen, erhält den Berthold Leibinger Zukunftspreis 2014. Mit dieser Auszeichnung der Berthold Leibinger Stiftung würdigt die Jury seine Erfindung der sogenannten „Photonic Crystal Fibre“, die photonische Kristallfaser. Mit dieser neuen Klasse von Lichtleitfasern eröffnete Russell Anfang der 1990er Jahre ein spannendes Forschungsgebiet mit bedeutenden Anwendungen. Einige sind bereits in industrielle Produkte überführt, zahlreiche sind weltweit in Forschungsszentren in der Entwicklung.

Photonische Kristallfasern vereinen zwei faszinierende optische Bauelemente: Zum einen die photonischen Kristalle, die mit ihrer Nanostruktur Licht maßgeschneidert auf ganz besondere Weise manipulieren können. Und zum zweiten Lichtleitfasern, welche Licht auf einfache Art und Weise einschließen. Beides zusammen ergibt ein aktives Element, welches Licht nicht nur durch eine Faser leitet, sondern in dem sich das Lichts gezielt verändern lässt. Vor Russells Erfindung gab es aktive Fasern vor allem als Verstärker und FBG-Sensoren. Nun scheint alles möglich.

PCF Aufbau
Aufbau der Faser vor dem Ziehen

Die Idee kam dem britischen Physiker während seiner Zeit an der University of Southampton in England. Er beschäftigte sich bereits früh mit der Wechselwirkung von Laserlicht mit photonischen Strukturen, Wellenleitern und Glasfasern. Die sehr dünnen, lichtleitenden Fasern werden aus Glasstäben in speziellen Türmen gezogen. Bis zum Schmelzpunkt erhitzt dehnt sich das Glas von der Schwerkraft gezogen und verringert dabei seinen Durchmesser auf einen Bruchteil des Ausgangsmaterials. Die Zusammensetzung und Geometrie des Glases jedoch bleiben fast unverändert.

Laboraufbau
Laboraufbau mit Flüssigkeit in der photonischen Kristallfaser

1991 skizzierte Russell eines Tages in sein Laborbuch eine Faser, die nicht aus einem Stab sondern aus vielen Röhrchen, zusammengesetzt zu einem Bündel, gezogen werden sollte. Würde diese nur dünn genug, enthielte sie über ihre gesamte Länge eine photonische Struktur; eine periodische Zusammensetzung, die in verschiedenster Weise Laserlicht verändern kann. Dies ist nicht nur eine brillante Idee für eine spezielle Faser, die Gestaltungsmöglichkeiten der Strukturen und deren Nutzen scheinen unendlich. Große und kleine Hohlräume lassen sich beliebig herstellen und auch dazu nutzen, parallel zum Licht Gase oder Flüssigkeiten hindurchzuleiten. Diese verändern wiederum nicht nur die Eigenschaften der Faser, diese Technologie ist auch interessant für hochsensible Detektoren in der Mikrosystemtechnik. Kurz nach der ersten erfolgreichen Ziehung von Photonic Crystal Fibre in 1996 wechselte er an die University of Bath und gründete dort die neue Abteilung für Photonik. 2005 kam er nach Erlangen als einer der Gründungsdirektoren des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts.

Foto: University of Bath
Erzeugung eines kontinuierlichen Spektrums mit PCF

Philip Russells neue Fasern finden großes Interesse in nahezu allen Anwendungsgebieten der Lasertechnologie, von der Nachrichtentechnik über Sensoren bis hin zur Anwendung als Transportfasern für hochenergetische, ultrakurze Laserpulse in der Materialbearbeitung. Zu den etablierten Anwendungen der photonischen Kristallfasern gehört vor allem die Erzeugung weißen Laserlichts mit einem breiten kontinuierlichen Spektrum. Hierzu müssen lediglich ultrakurze Pulse durch eine photonische Kristallfaser mit einem festen Kern geleitet werden. Die nanokleinen Hohlstrukturen um den Kern herum sorgen dafür, dass die Ausbreitung der Pulsen durch chromatisches Dispersion sehr genau eingestellt werden kann.

Russell mit Mitarbeitern
Russell mit wissenschaftlichen Mitarbeitern

Doch die breiteste Anwendung finden nano- und mikrostrukturierte Glasfasern in den Forschungslaboren in aller Welt. Die Grenzen dieser Technologie gilt es überhaupt erst noch zu erforschen, viele Effekte sind noch unbekannt. Russell selbst arbeitet in dem von ihm begründeten Forschungsgebiet zusammen mit etwa 40 internationalen Wissenschaftlern weiterhin an der Spitze dieser Entwicklung.

Preisträger Zukunftspreis 2014 - Philip Russell