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Photonik als Schlüsseltechnologie für Zukunftsmärkte

Photonik ermöglicht wegweisende Anwendungen und bietet großes Wachstumspotenzial. Mit optischen Technologien als Basis unseres Geschäfts partizipiert Jenoptik am Wachstum des Photonik-Marktes und befördert zugleich diverse photonische Trends.

, Cornelia Ehrler

Ein zwei Zentimeter langes Stäbchen aus Rubin, mehrere Drähte, kleine Spiegel und ein faustgroßer Aluminium-Zylinder. Im Jahr 1960 beleuchteten zwei Physiker diesen Aufbau mit einer hellen Blitzlampe, die der eines Fotoapparates ähnelte.

Dadurch wurden die Moleküle des Rubinstäbchens angeregt, woraufhin manche von ihnen Lichtteilchen, sogenannte Photonen, aussendeten. Weitere Rubinmoleküle wurden so in Schwingung versetzt, dass helle rote Lichtimpulse entstanden.

Theodore Maiman, Physiker des Hughes-Forschungslabors in Kalifornien, und sein Assistent hatten 1960 den ersten funktionsfähigen Laser geschaffen!

Übrigens lässt sich die Bezeichnung „Laser“ auf den Vorgang, welcher bei der Entstehung von Lichtimpulsen abläuft, zurückführen. Das Wort „Laser“ ist ein Akronym, das aus dem Englischen stammt und für „light amplification by stimulated emission of radiation“ steht, zu Deutsch „Lichtverstärkung durch stimulierte Aussendung von Strahlung“.

Was heute eine Selbstverständlichkeit und vor allem in der Industrie, Medizin und Unterhaltungselektronik nicht mehr wegzudenken ist, war zu diesem Zeitpunkt eine eindrucksvolle Erfindung. Bereits 1917 hatte Albert Einstein angenommen, dass es möglich sein muss, Licht zu bündeln. Doch ob es wirklich funktionieren würde, war seinerzeit noch unklar.

Seit der ersten gezielten Erzeugung eines Laserstrahls hat sich viel verändert und die Photonik entwickelte sich in den vergangenen Jahren zu einer der wichtigsten Technologien der Zukunft. So ist Lasertechnik heute, neben optischen Systemen, Messtechnik und Bildverarbeitung, ein wesentlicher Bestandteil der Photonik. Doch was ist Photonik eigentlich?

Grundlage der Photonik ist die Kraft des Lichts, denn Photonik nutzt die Besonderheiten von Licht bzw. die besonderen physikalischen Eigenschaften von Lichtquanten (Photonen). Im Mittelpunkt der Photonik steht die Erzeugung von optischen Signalen, die unter anderem für die Verarbeitung, Aufbereitung, Übertragung und Speicherung von Daten und Informationen eingesetzt wird. Photonen übernehmen dabei die Trägerrolle von Informationen. Im Vergleich zu Elektronen in elektronischen Anwendungen bieten Photonen eine höhere Leistungsfähigkeit, da Licht um ein Vielfaches schneller ist als Strom. Gesteuert werden die Lichtteilchen von Lichtimpulsen oder Wellenlängen, während Elektronen durch elektronische Signale gesteuert werden.

Wussten Sie, dass Licht eine Vielzahl an besonderen Merkmalen besitzt?

  • Licht lässt sich bis auf den millionsten Teil eines Millimeters (Nanometer) fokussieren.
  • Die höchste Geschwindigkeit, die in unserem Universum erzielt werden kann, ist die Lichtgeschwindigkeit (= 299.792 km pro Sekunde).
  • Damit könnte Licht die Erde innerhalb einer Sekunde sieben Mal umrunden.
  • Licht ist in etwa zehn Mal schneller als Strom.
  • Die kürzesten Lichtpulse dauern eine Attosekunde, das ist der milliardste Teil einer milliardstel Sekunde.

Trends und Applikationen dank Photonik

Mit Blick auf die vielen zum Teil rasanten Veränderungen in der Gesellschaft ist Photonik oftmals die Grundlage zahlreicher anderer Technologien und Applikationen, besonders für viele Megatrends verbunden mit der Digitalisierung. Verschiedenste Branchen profitieren von lichtbasierten Technologien, wie beispielsweise die Automobilindustrie, die Medizintechnik oder der Bereich der Verkehrssicherheit. Ebenso findet Photonik Anwendung in der Industrieausrüstung und im Maschinenbau.

Aufgrund der Vielzahl an Märkten und Anwendungen, die auf Lichttechnologien basieren, erwarten Branchenexperten bis 2023 ein Wachstum der Photonik auf etwa 800 Milliarden Dollar bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 7,0 Prozent. Nicht zuletzt dank des Trends „Smart Manufacturing“ werden in den kommenden Jahren vor allem die Marktsegmente Laser, Detektoren, Sensoren und Imaging-Geräte wachsen.

Photonik als vielseitige Schlüsseltechnologie für Medizintechnik und Gesundheit

In der Medizintechnik ist der Teilbereich Biophotonik richtungsweisend für Wissenschaft und Forschung. Unter Biophotonik versteht man dabei die Anwendung von photonischen Lösungen in der Biologie. Dank des Einsatzes dieser Technologien, zum Beispiel in Instrumenten zur digitalen Bildverarbeitung, werden unter anderem Diagnostikverfahren verbessert; Lebensprozesse werden detailgetreu erfasst und analysiert.

Vor allem die Forschung in Bereichen wie Live-Cell-Imaging, Zytometrie oder molekulardiagnostische Verfahren können mithilfe von digitalen Imaging-Lösungen unterstützt und gefördert werden. In gleicher Weise profitieren medizinische Anwendungen von Hochleistungs-Diodenlasern, zum Beispiel für laserbasierte Behandlungsmethoden in der Chirurgie, Zahn- und Augenheilkunde oder bei Geräten zur Haarentfernung.

Photonik erhöht die Sicherheit sowohl im Straßenverkehr als auch im industriellen Umfeld

Photonik trägt ebenso maßgeblich zu Trendthemen in der Verkehrssicherheit bei. Im Fokus stehen hierbei autonomes Fahren, die Weiterentwicklung von Smart Cities oder Transformationen in der Mobilität. Dabei spielt vor allem LIDAR (Englisch: light detection and ranging) eine wesentliche Rolle. Innovative Sensoren helfen beispielsweise Fahrzeugen, mithilfe einer Lasertechnologie Hindernisse zu erkennen, Abstände zu messen und die Orientierung im Umfeld zu behalten. Dies führt zu mehr Sicherheit und Autonomie.

Sicherheit ist nicht nur im Straßenverkehr entscheidend, sondern auch in Industrie- und Automatisierungsprozessen. So ist es in diesen Bereichen unter anderem wichtig, Wärmeverteilung und -verluste sichtbar zu machen und Temperaturunterschiede zu messen. Genutzt werden dafür Sensorik- und Imaging-Lösungen wie Thermografiekameras, die mittels Infrarottechnik präzise Wärmebilder ermöglichen.

Schnellere Kommunikation dank Photonik

War früher Kupfer das Medium der Wahl zur Datenübertagung, ist es heute Licht. Moderne Kommunikationstechnologien bauen auf Glasfaserkabel, die mithilfe von Photonen den Transfer von Informationen realisieren. Dabei werden elektrische Signale durch Leucht- oder Laserdioden in optische Signale umgewandelt. Lichtwellenleiter, in diesem Fall Glasfasern, übertragen anschließend die Daten in Form von Lichtsignalen mit hoher Geschwindigkeit.

Photonik ermöglicht aber nicht nur die optische Übertragung von Daten, sondern auch innovative Darstellungssysteme, zum Beispiel für Virtual Reality (VR). Dank solcher VR-Lösungen können wir digital, ohne physischen Kontakt, in neue, softwaregenerierte Welten abtauchen. Mit Hilfe von Head-up-Displays (oder Headmounted-Displays) werden Nutzer in virtuelle Umgebungen versetzt. Im Zusammenspiel mit Augmented Reality (AR, „erweiterte Realität“), also der Überlagerung von virtueller und realer Welt, erlaubt diese Technologie dem Anwender, in der neuen Umgebung zu interagieren.

Bekannt ist dies von Videospielen. Aber nicht nur dort findet AR Anwendung, sondern zum Beispiel auch in der Medizinbranche. Durch den Einsatz von AR können Operationsmethoden verbessert und medizinische Eingriffe exakter durchgeführt werden. Auch in der Landwirtschaft haben VR-Brillen ihren Platz gefunden, und zwar in manchen Kuhställen. Softwarebasierte VR-Welten simulieren, dass sich die Tiere auch im Winter auf der grünen Weide befinden, was die Milchproduktion fördern könnte.

Photonik als Treiber für Nachhaltigkeit und Klimaschutz

Photonik bringt nicht nur mehr Effizienz, Komfort und Sicherheit, sondern kann auch helfen, Klima- und Umweltschutz zu fördern und Treibhausgas-Emissionen zu verringern.

Bereits heute können durch den Einsatz von lichtbasierten Technologien 1,1 Milliarden Tonnen CO2 eingespart werden; bis 2030 könnten es drei Milliarden Tonnen werden, so die 2019 veröffentlichte Photonik-Studie „Licht als Schlüssel zur globalen Nachhaltigkeit“ des deutschen Industrieverbands Spectaris und Partnern.



Ansprechpartner Cornelia Ehrler - Kommunikation und Marketing Jenoptik

Über Cornelia Ehrler

Cornelia Ehrler ist seit 2010 in der Unternehmenskommunikation von Jenoptik tätig, vorrangig für die externe Konzernkommunikation und Initiativen, mit denen sich Jenoptik zu einem fokussierten Photonik-Konzern weiterentwickelt. Als Pressereferentin für alle Jenoptik-Themen rund um die Verkehrssicherheit unterstützt sie die Division Light & Safety in der Kommunikation zu Aufträgen und Projekten. Die studierte Anglistin hat ein Faible für englischsprachige Literatur und Kultur, dabei ganz besonders für den Celtic Fringe rund um die Irische See.

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