Auf Lichtwellen zu neuen Dimensionen

Das RUBIN-Bündnis „PolyChrome Berlin“ trägt mit der Erforschung und Entwicklung miniaturisierter optischer Technologien dazu bei, dass die Region Berlin-Brandenburg international eine Führungsposition auf dem Photonik-Markt einnimmt.

Photonik-Chip

Solch ein Photonik-Chip mit sichtbarem Licht (blau und rot) wird jetzt zu einer miniaturisierten „hybriden photonischen Plattform“ weiterentwickelt.

HHI

Etwa so „klein“ wie die Eincentmünze wird der nächste große Entwicklungssprung sein, zu dem das Bündnis „PolyChrome Berlin“ ansetzt. Es entwickelt eine „hybride photonische Plattform“. Vereinfacht ausgedrückt: Auf der Oberfläche eines winzigen Chips werden verschiedene optische Wellenleiter untergebracht und mit weiteren Funktionselementen wie zum Beispiel Glasfasern kombiniert. Verschiedene Anwendungsszenarien sind vorstellbar: Autonom fahrende Autos werden sicheren Verkehrsleitsystemen über Brücken und durch Tunnel folgen. Oder: Gesundheitsbewusste können neben ihren Vitalfunktionen auch ihren Vitaminhaushalt selbst kontrollieren.

„Unser Forschungsteam erschließt mit der Plattform einen Wellenlängenbereich von 400 bis 1650 Nanometern. Der reicht von Infrarot bis zum sichtbaren Licht. Die Plattform wird Licht leiten und ablenken, Licht erzeugen und nachweisen können“, sagt Crispin Zawadzki vom Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) Berlin. Dieser photonische Chip der nächsten Generation soll neue Anwendungsbereiche erschließen. Im Fokus liegen die Sensorik, Diagnostik und Analyse, die Medizin- oder Umwelttechnik und der Life Science-Bereich.

Kombi aus Polymer und Siliziumnitrid

„PolyChrome Berlin“ wird im Rahmen des Programms „Regionale unternehmerische Bündnisse für Innovation – RUBIN“ vom Bundesforschungsministerium (BMBF) gefördert. Wenn die Bündnis-Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft auf den diesjährigen „Photonics Days Berlin Brandenburg“ Anfang Oktober ihr Vorhaben vorstellen, bringen sie schon einige Expertise mit: Ein Vorgängerprojekt, der BMBF-geförderte Wachstumskern „PolyPhotonics Berlin“, hat miniaturisierte optische Komponenten für Anwendungen in der Telekommunikation entwickelt. Die optischen Mini-Chips aus Kunststoff sind eine Weltneuheit. Crispin Zawadzki ist Vorsitzender des Vereins „PolyPhotonics Berlin“, der aus dem erfolgreichen Wachstumskern hervorging, um die Forschung und Entwicklung von optischen Basiselementen weiter voranzutreiben.

Das neue Forschungsbündnis „PolyChrome Berlin“ will die polymerbasierten Lichtwellenleiter mit siliziumnitridbasierten kombinieren. „Siliziumnitrid ist ein Schlüsselmaterial für Sensoren, die eine schnelle und kosteneffiziente Messung chemischer und biologischer Stoffe ermöglichen“, sagt Bündnispartner Zawadzki und hat auch gleich das aktuelle Beispiel eines möglichen Einsatzes parat.

Hybrid-Chip der neuen Generation

Wegen gefährlicher Blaualgen war in diesem Sommer das Baden im Tegeler See in Berlin-Reinickendorf zeitweise verboten. Ein Hund starb an einer Vergiftung mit den Blaualgentoxinen. Ein moderner Biosensorchip, der künftig mit dem hybrid-photonischen Chip ausgestattet ist, könnte innerhalb weniger Minuten die Schadstoffbelastung messen, sagt der Wissenschaftler und erklärt das technologische Verfahren: Wird eine Flüssigkeit wie etwa Wasser, ein Tropfen Blut oder Speichel auf den photonischen Chip gegeben, beeinflussen speziell entwickelte Fängermoleküle, die an die Wellenleiter angedockt werden, die Wellenlängen des eintretenden Lichts. Der Effekt lässt sich am austretenden Licht messen.“ Der Vorteil gegenüber chemischen Testverfahren, so Zawadzki, liege in der enormen Schnelligkeit, Ortsunabhängigkeit und Genauigkeit. Auf Basis der „hybriden photonischen Plattform“ könnten auch Selbsttests zur Überwachung des eigenen Gesundheits- und Fitnesszustandes entwickelt werden.

„Im Austausch mit dem Fachpublikum auf den, Photonics Days Berlin Brandenburg‘ ergeben sich auch immer wieder neue Anwendungsideen“, weiß Crispin Zawadzki und denkt da etwa an die Virtual Reality: „Die miniaturisierte, hybride photonische Plattform‘ in eine VR-Brille integriert könnte das klobige Gerät erheblich verschlanken.“

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