Lichttechnik 05.03.2004, 18:29 Uhr

Neue Märkte mit Licht und Lasern

VDI nachrichten, Jena, 5. 3. 04 – Optische Technologien gelten als Schrittmacher für viele Zukunftsmärkte des 21. Jahrhunderts. Deutsche Unternehmen und Forschungseinrichtungen rüsten sich für die Herausforderung.

Mit optischer Polarisation kennt Christiane Taubert sich aus. Den Effekt demonstriert die Schülerin des Jenaer Carl-Zeiss-Gymnasiums an zwei transparenten Kunststoff-Filtern den Passanten in der Jenaer Goethe-Galerie im Rahmen einer vom Bundesforschungsministerium unterstützten Wanderausstellung „Faszination Licht“. Und dann zeigt die 13-Jährige auch noch, wie gefiltertes Licht die Material-Spannungen und möglichen Bruchstellen in CD-Hüllen und Brillengläsern sichtbar macht. „Die Leute interessiert das“, sagt sie nach zwei Tagen in der Einkaufsgalerie.

Christiane hat sich in der Schule für Physik als wahlobligatorischen Unterricht entschieden, würde aber später auch sehr gern Medizin studieren. Eigentlich eine ideale Kombination für die künftige Fachrichtung Biophotonik, an deren Konzeption Jürgen Popp gerade arbeitet.

Popp ist Direktor des Instituts für Physikalische Chemie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena und koordiniert den Forschungsverband Biophotonik. Hier arbeiten Wissenschaftler verschiedener Fachrichtungen mit Industriepartnern an optischen Technologien, mit denen sich Krankheiten früher erkennen und besser bekämpfen lassen.

So soll im so genannten Mikroso-Projekt ein Lasersystem künftig Krebszellen und Tumorgewebe in einem extrem frühen Entwicklungsstadium sichtbar machen und damit die Heilungschancen deutlich verbessern. Nach erfolgreichen Versuchen muss sich die Technologie nun noch bei Untersuchungen im Körper von Patienten bewähren. „In drei bis vier Jahren könnten die Geräte in die Praxis kommen“, hofft Popp.

Andere Biophotonik-Projekte sollen die Pollenflug-Vorhersage und die Diagnose von Infektionskrankheiten verbessern. Im Mikroso-Projekt stand die größte Hürde wohl am Anfang, als die theoretisch orientierten Physiker mit den experimentell veranlagten Chemikern und den erfahrungsgetriebenen Medizinern ein gemeinsames Vorgehen finden und auch ihre Sprache angleichen mussten. Deshalb Popps Wunsch nach einem speziellen Studiengang Biophotonik.

Die Biophotonik zählt zu den optischen Technologien, die als Schrittmacher für viele Zukunftsmärkte des 21. Jahrhunderts gelten. Licht treibt die Technik-Entwicklung im Maschinen-, Automobil-, Schiffs-, und Flugzeugbau, der Mikroelektronikindustrie, bei den Herstellern von Pharma- und Medizinprodukten sowie der Beleuchtungsindustrie.

Schon heute transportieren Lichtwellen in Deutschland mehr als 90 % der Datenmengen in den Weitverkehr- Glasfaserstrecken. Die Leistungsfähigkeit optischer Speichersysteme wie DVD und magneto-optischen Laufwerken wächst rasant dank neuer blauer Laser. Langlebige Lichtemitter-Dioden (LED) ersetzen die alte Glühlampe in Fahrzeugen und der Verkehrsleittechnik. Künftig könnten sensorgesteuerte LED-Bremsleuchten anzeigen, wie stark ein Fahrer auf die Bremse tritt.

Optische Sensoren in „intelligenten Autos“ erkennen den Straßenzustand, regulieren die Scheinwerfer oder erkennen drohende Unfälle. Dünnschicht-Solarzellen versprechen sinkende Kosten und flexible Anwendungen bei der Stromerzeugung aus Sonnenlicht. Der Erfolg des europäischen Airbus ist auch auf die speziell entwickelte Laserschweißtechnik zurückzuführen, die die Flieger nicht nur leichter macht, sondern auch die Fertigungsgeschwindigkeit erhöht.

Das weltweite Marktvolumen für optische Technologien wird vom VDI-Technologiezentrum derzeit auf 80 Mrd. € geschätzt, und es soll in den nächsten zehn Jahren mit zweistelligen Wachstumsraten auf 500 Mrd. € anwachsen.

Während die Entwicklung der optischen Technologien in den USA vor allem von Rüstungsfirmen und in Japan von staatlichen Projekten vorangetrieben wird, setzt die deutsche Branche vorrangig auf die zivile Nutzung.

Das tut auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung und fördert die optischen Technologien derzeit über fünf Jahre mit insgesamt 280 Mio. €. Als Musterbeispiel nennt Christoph Matschie die Lasertechnologie. „Anfang der 80er Jahre war Deutschland hier weit abgeschlagen“, erklärt der Parlamentarische Staatssekretär im BMBF. „Heute sind wir Weltmarktführer beim Einsatz von Lasern im Maschinenbau. Das zeigt, dass man mit guten Forschungs-Strategien aufholen und in die Weltspitze vorstoßen kann.“
Aber nicht nur die Summe der Forschungsgelder spielt seiner Meinung nach eine Rolle, sondern vor allem klug angelegte Netzwerk-Strukturen und langfristig ausgerichtete Forschungsperspektiven.

Mittlerweile haben sich unter dem Dach des Optecnet Deutschland e.V. neun regionale Netzwerke mit insgesamt 400 Unternehmen und Forschungseinrichtungen etabliert.
Eines davon ist das Thüringer Optonet, das 40 Unternehmen mit 14 Forschungs- und Bildungseinrichtungen sowie fünf Finanzierungs-Partner umfasst. In den Optonet-Unternehmen sind derzeit 8500 Mitarbeiter beschäftigt, bis 2010 benötigen sie voraussichtlich mehr als 4000 zusätzliche Fachkräfte. Und die Arbeitsplätze sind relativ sicher: Laut einer aktuellen Studie der TU Chemnitz ist die Geschäftslage der Optonet-Unternehmen trotz allgemeiner Konjunkturflaute gut.

Optische Technologien – gute Chancen für Arbeitsplätze
Nach einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Systemtechnik und Innovationsforschung (ISI) lassen sich heute schon 16 % der Beschäftigten im verarbeitenden Gewerbe mittelbar oder unmittelbar den optischen Technologien zuordnen.Dies entspricht etwa 1 Mio.Arbeitsplätzen.Das VDI Technologiezentrum schätzt, dass in Deutschland in der Herstellung optischer Technologien derzeit etwa 110 000 Menschen beschäftigt sind, die einen Jahresumsatz von 10 Mrd.EUR erwirtschaften.Zu den größten Playern in Sachen optische Technologien in Deutschland zählen: Siemens, Osram, Zeiss, Infinion, Trumpf, Schott, Jenoptik, Bosch, Zeiss-Meditec und Philips.

Vor allem auf Laser, die hier schon seit 40 Jahren industriell gefertigt werden, setzt die Thüringer Technologie-Hochburg Jena. „Wir können hier auf ein gewachsenes Umfeld zurückgreifen“, sagt Norbert Thiel, Vorstand der Jenoptik AG, die seit Mitte der 90er Jahre den Bereich Photonics aufgebaut hat. „Seit vier Jahren fahren wir die Früchte dieser Strategie ein.“ Die Jenaer haben sich darauf spezialisiert, neue Lasertechnologien mittlerer Leistung aus der Forschung in einfache, industrietaugliche Anwendungen umzusetzen. Konventionelle, kühlschrankgroße Laser ließ die Jenoptik als Scheibenlaser auf das Maß zweier Zigarettenschachteln schrumpfen und ermöglichte so der benachbarten Carl Zeiss Meditec AG, ein Gerät zur Korrektur der Augen-Netzhaut zu entwickeln.

Ein Jenoptik-Laserprojektor zaubert auch gestochen scharfe Sternenhimmel in Planetarien und eindrucksvolle Kulissen in Theatern. Und ein diodengepumpter Festkörper-Laser sorgt für winzigste Bohrungen in Einspritzdüsen für Motoren und Turbinen.

Seit 1998 hat Jenoptik für die Lasertechnik 300 neue Mitarbeiter eingestellt. Der zeitweilige Nachwuchsmangel ist Thiel zufolge inzwischen behoben: „Durch die Attraktivität optischer Technologien sind die Studentenzahlen in Thüringen wieder gestiegen.“

Gemeinsam mit der Göttinger Lambda Physik AG arbeitet Jenoptik derzeit an Strahlenquellen im extremen Ultraviolettbereich, mit denen die Halbleiter-Strukturen belichtet werden können, die voraussichtlich zum Ende des Jahrzehnts für neue Chip-Generationen benötigt werden. Bei Strukturen, die fast 2000 Mal dünner sind als ein menschliches Haar, wird dann nach heutiger Sicht auch die Grenze der Silizium-Mikroelektronik erreicht. „Das ist derzeit eines der attraktivsten Themen für Laserphysiker“, glaubt der Jenoptik-Vorstand.
Den bisherigen Investitionen von 15 Mio. €, die beide Partner für die Entwicklung aufgebracht haben, werden weitere 100 Mio. € bis zur Serienreife folgen müssen. Das Risiko dabei ist hoch: Schließlich könnten auch Konkurrenz-Methoden zur Chipstrukturierung wie die Röntgen- oder die Elektronenstrahl-Technologien das Rennen machen. „Da geht es ja immerhin um einen Markt von jährlich 250 Mio. €“, schätzt Norbert Thiel.

Innovationen: Deutschland hebt ab.
Überall wird nur gejammert. Aber es gibt sie doch, die Hoffnungsträger der Nation. Branchen mit engagierten Unternehmern, die sich aufmachen, den Weltmarkt zu erobern und langfristig in Deutschland für Wachstum und neue Arbeitsplätze sorgen. Die VDI nachrichten werden in loser Folge in den kommenden Monaten eine Reihe dieser Branchen vorstellen.

  • Stefan Schroeter

  • Wolfgang Mock

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