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Junge Forschung

Laser am Puls der Zeit

Wenige Femtosekunden, das sind Billiardstel Sekunden, dauern die Laserpulse, an denen Andreas Deutschmann-Olek an der TU Wien forscht.
Wenige Femtosekunden, das sind Billiardstel Sekunden, dauern die Laserpulse, an denen Andreas Deutschmann-Olek an der TU Wien forscht.Die Presse/Clemens Fabry
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Der Elektrotechniker Andreas Deutschmann-Olek konnte gezielt die Form und Dynamik hochenergetischer Laserimpulse beeinflussen. Das ist Basis für neue, effizientere Technik.

Ein naturwissenschaftliches Interesse war beim 32-jährigen Elektrotechniker Andreas Deutschmann-Olek immer schon vorhanden, weshalb er die HTL für Elektrotechnik in Klagenfurt absolvierte. „Während technische Fächer meinen Alltag prägten, habe ich in dieser Zeit ein gewisses Faible für die Geisteswissenschaften entwickelt“, erzählt Deutschmann-Olek. Deshalb habe er neben seinem Elektrotechnikstudium an der TU Wien auch Philosophie studiert. Ausgezeichnet wurde nun aber seine technische Dissertation, mit dem Dr.-Ernst-Fehrer-Preis der TU Wien.

In dieser Forschung dreht sich viel um Laser. Viele kennen etwa Laserpointer als Präsentationswerkzeug: Sie senden konstantes Laserlicht aus. „Bei gepulsten Lasern ist das Funktionsprinzip etwas anders gelagert“, sagt Deutschmann-Olek. Die Lichtquelle im Inneren des Lasers gebe dabei einen unterbrochenen Lichtstrahl ab. Vergleichbar sei der mit einem hochfrequenten schwachen Blinklicht mit Pulszeiten im Femtosekunden-Bereich, dem Billiardstel einer Sekunde. Wird die Energie solcher Lichtpulse mithilfe eines optischen Verstärkers – einem Kristall – auf mehrere Millijoule erhöht, entspricht das in diesem winzigen Sekundenbruchteil etwa der Leistung aller elektrischen Kraftwerke Deutschlands.

Umliegendes Material nicht zerstören

Im Gegensatz zu anderen etablierten Technologien kommt bei industriell genutzten Lasern kaum Regelungstechnik vor. Dieses Potenzial habe ihn sehr interessiert, sagt der Postdoc vom Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik der TU Wien. „Die Regelungstechnik verwendet Methoden der mathematischen Modellierung und Systemtheorie, um das Verhalten technischer Systeme mittels mathematischer Algorithmen gezielt zu beeinflussen. Ich wende diese Werkzeuge auf gepulste Laserquellen an“, sagt Deutschmann-Olek. Mit den hohen Energiedichten in gepulsten Lasern können zum Beispiel Materialien gut bearbeitet werden. „Im Vergleich zu kontinuierlichen Laserstrahlen können solche ultrakurzen Laserpulse Material abtragen, ohne unnötige Energie in Form von Wärme in den Gegenstand einzubringen. Bei Augenoperationen ist das essenziell, um wertvolles Augengewebe nicht zu zerstören“, so Deutschmann-Olek. Je nach Material kommt es jedoch nicht nur auf die Energiedichte, sondern auch auf die Pulsform des Lasers an. Die gepulsten Laserquellen mit den benötigten Energien sind für viele interessante Einsatzbereiche zu teuer oder zu unflexibel. Darüber hinaus können die großen Energiedichten den Laser zerstören.

Die ultrakurzen Laserpulse werden deshalb mit optischen Verstärkern in ihre Farbkomponenten zerlegt. Die Energie bleibt erhalten, die Intensität wird jedoch geringer, womit sich der Puls für das Kristall schadlos verstärken lässt. Danach wird der Laserpuls durch eine Art Linse wieder zusammengesetzt. Diese trickreiche Methode nennt man „Chirped Pulse Amplification“, sie wurde 2018 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. „Bei näherem Betrachten treten dabei oftmals unschöne Phänomene und chaotische Dynamiken auf“, sagt Deutschmann-Olek. Es sei daher nicht immer möglich, den Ausgangspuls in seiner ursprünglichen Form wieder zusammenzusetzen.

Exakt an diesen Stellen haken die Erkenntnisse der Forschungsarbeit von Deutschmann-Olek ein. Mit seinen Regelungsalgorithmen wird der Zustand des Lasers permanent geschätzt und beginnende Energiespitzen werden sofort unterdrückt. „Durch ein selbstlernendes System lässt sich gleichzeitig die Form der erzeugten Pulse beliebig vorgeben. Das schafft die Basis für effizientere und kostengünstigere Laseranlagen“, erklärt er. Die Auswertung erfolgte in Kooperation mit dem Institut für Photonik der TU Wien, die praktische Umsetzung ist Gegenstand von laufenden Kooperationsprojekten mit Industriepartnern.

Bleibt neben der zeitintensiven Forschungsarbeit noch Freizeit übrig, schwingt sich der leidenschaftliche Radfahrer zu jeder Tages- und Jahreszeit auf sein Rennrad. Oder er greift zu einem philosophischen Werk und vertieft sich in Gedanken.

ZUR PERSON

Andreas Deutschmann-Olek (32) schloss das Bachelorstudium der Elektrotechnik 2012 und das Masterstudium der Automatisierungstechnik 2014 mit ausgezeichnetem Erfolg an der TU Wien ab, 2019 promovierte er in Technischen Wissenschaften. Der Verfasser zahlreicher internationaler Publikationen bekam im Dezember 2020 den Dr.-Ernst-Fehrer-Preis der TU Wien verliehen.

Alle Beiträge unter: www.diepresse.com/jungeforschung 

("Die Presse", Print-Ausgabe, 24.04.2021)