Nach­wuchs­preis des Fraun­ho­fer IOF für inno­va­tive Abschluss­ar­bei­ten verliehen

Bio­ana­ly­tik, mobile Kom­mu­ni­ka­tion, Wet­ter­for­schung – wie breit die Anwen­dungs­fel­der pho­to­ni­scher For­schung sind, haben die Preis­tra­gen­den des »Applied Pho­to­nics Awards« auch in die­sem Jahr wie­der ein­mal unter Beweis gestellt. Der Nach­wuchs­preis des Fraun­ho­fer-Insti­tuts für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF wurde am 5. Okto­ber im Rah­men der »Pho­to­nics Days Jena« an die fünf Preis­tra­gen­den 2022 verliehen.

Junge Optik- und Pho­to­nik-Enthu­si­as­ten zu för­dern und inno­va­tive For­schungs­po­ten­tiale wei­ter vor­an­zu­trei­ben – dies sind glei­cher­ma­ßen die Ziele der »Pho­to­nics Days Jena« wie auch des »Applied Pho­to­nics Award«. Tra­di­tio­nell wird der Nach­wuchs­preis des Fraun­ho­fer IOF im Rah­men des inter­na­tio­na­len Kar­riere- und Netz­wer­ke­vents ver­lie­hen. So auch in die­sem Jahr: Insti­tuts­lei­ter Prof. Dr. Andreas Tün­ner­mann über­reichte heute zusam­men mit Prof. Dr. Michelé Heurs, Gra­vi­ta­ti­ons­wel­len­for­sche­rin und in die­sem Jahr Key­note-Spea­ke­rin bei den »Pho­to­nics Days Jena«, den För­der­preis des Fraun­ho­fer IOF an die dies­jäh­ri­gen Gewin­ne­rin­nen und Gewinner.

Eine Fach­jury, bestehend aus Ver­tre­te­rin­nen und Ver­tre­tern aus Wis­sen­schaft und Wirt­schaft, hatte die prä­mier­ten Arbei­ten zuvor aus­ge­wählt. Prä­miert wur­den ins­ge­samt drei Abschluss­ar­bei­ten in den Kate­go­rien Bache­lor, Master/Diplom und Dis­ser­ta­tion. Zusätz­lich ver­gab die Jury in die­sem Jahr zwei Son­der­preise für wis­sen­schaft­li­che Exzel­lenz: Mit dem Son­der­preis wurde je für eine Abschluss­ar­beit im Bereich »Gra­duate« (BA/MA) und »Post-Gra­duate« (Diss) aus­ge­zeich­net. Die Gewin­ne­rin­nen und Gewin­ner des Awards 2022 sind:

Beste Bache­lor­ar­beit (1.000 €)

Mag­da­lena Hil­bert (Fried­rich-Schil­ler-Uni­ver­si­tät Jena): »Gas Sens­ing with 2D Mate­ri­als on Expo­sed-Core Fibers«

Gase und orga­ni­sche Dämpfe kön­nen dank Sen­so­ren schnell erkannt und bestimmt wer­den. Damit dies gelingt, muss die hoch­emp­find­li­che Sen­so­rik oft meh­rere Para­me­ter gleich­zei­tig ana­ly­sie­ren: Zum Bei­spiel die Kon­zen­tra­tion (ins­be­son­dere bei Schad­stof­fen), die rela­tive Luft­feuch­tig­keit aber auch Tem­pe­ra­tur und Druck. Damit Sen­so­ren dies alles leis­ten kön­nen, braucht es ein Sen­sor­ma­te­rial, das beson­ders emp­find­lich auf seine Umge­bung reagiert und auf­ge­nom­mene Infor­ma­tion zuver­läs­sig an die aus­wer­tende Hard- bzw. Soft­ware weitergibt.

In ihrer Bache­lor­ar­beit hat Mag­da­lena Hil­bert unter­sucht, wie der­ar­tige Sen­so­rik mit einer 2D Mate­rial beschich­te­ten Faser rea­li­siert wer­den kann. Das 2D Mate­rial auf dem frei­ge­leg­ten Faser­kern hat direk­ten Kon­takt gleich­zei­tig zu den geführ­ten Moden und auch zur Umge­bung. Die von Frau Hil­bert geleis­tete Unter­su­chung ist damit zum Bei­spiel in Berei­chen wie der Emis­si­ons­kon­trolle, der Sicher­heit oder etwa in der Atmo­sphä­ren­be­ob­ach­tung, etwa bei Wet­ter­bal­lons, relevant.

Beste Mas­ter­ar­beit (2.000 €)

Felix Wechs­ler (Fried­rich-Schil­ler-Uni­ver­si­tät Jena): »Kalei­do­mic­ro­scope – A Kalei­do­sco­pic Mul­ti­view Microscope«

Die Mikro­sko­pie ist ein wesent­li­ches Instru­ment in der bio­me­di­zi­ni­schen Ana­lyse. Spe­zi­ell für leben­dige bio­lo­gi­sche Pro­ben wirft die Licht­mi­kro­sko­pie mit einer hohen Bild­rate jedoch immer noch einige Pro­bleme auf. In sei­ner Mas­ter­ar­beit hat Felix Wechs­ler daher eine neue Art des »Light Field Micro­scope« ent­wi­ckelt: das Kalei­do­mi­kro­skop. Dabei setzt Wechs­ler ein Kalei­do­skop – also eine Spie­gel­box – vor ein Weit­feld­mi­kro­skop. Felix Wechs­ler prä­sen­tiert damit eine ein­fa­che und zugleich prak­ti­ka­ble Methode, um mit klas­si­schen Mikro­sko­pen und zusätz­li­chen Spie­geln am Objek­tiv plus Bild­ver­ar­bei­tung 3D-Bil­der mit hoher Auf­lö­sung zu erzeugen.

Ein wesent­li­cher Vor­teil die­ser Methode ist, dass das Kalei­do­mi­kro­sko­pes an jedes Stan­dard-Weit­feld­mi­kro­skop ange­baut wer­den kann. Der von Felix Wechs­ler beschrie­bene Ansatz kann daher beson­ders kos­ten­ef­fi­zi­ent in viele bereits bestehende Sys­teme ein­ge­baut werden.

Beste Dis­ser­ta­tion (3.000 €)

Dr. René Kirr­bach (Tech­ni­sche Uni­ver­si­tät Dres­den): »Unter­su­chun­gen zu linea­ren optisch-draht­lo­sen Frontends und appli­ka­ti­ons­spe­zi­fi­schen Frei­form­lin­sen für die optisch-draht­lose Kommunikation«

Über die letzte Dekade hin­weg hat sich mit LiFi eine per­for­mante Tech­no­lo­gie aus dem Feld der optisch-draht­lo­sen Kom­mu­ni­ka­tion (OWC, engl. »opti­cal wire­less com­mu­ni­ca­ti­ons«) ent­wi­ckelt. Hier wird sicht­ba­res und unsicht­ba­res Licht zur Daten­über­tra­gung genutzt. Wäh­rend dabei die Elek­tro­nik der Trans­cei­ver im Fokus zahl­rei­cher Publi­ka­tio­nen steht, ist das Poten­zial moder­ner Frei­form­lin­sen dage­gen bis­her nahezu ungenutzt.

An die­sem Punkt knüpft die Dis­ser­ta­tion von Dr. René Kirr­bach an. Er hat einen voll funk­ti­ons­tüch­ti­gen Trans­cei­ver ent­wi­ckelt, der das heu­tige Poten­zial der moder­nen OWC abbil­det. Anhand die­ses Trans­cei­vers konnte er dar­le­gen, wie die OWC von zusätz­li­chen Reg­lun­gen hin­sicht­lich Reich­weite, Effi­zi­enz und Daten­rate pro­fi­tiert. Mit sei­ner Arbeit trägt René Kirr­bach damit zur Ent­wick­lung von neu­ar­ti­gen, draht­lo­sen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­net­zen bei, die not­wen­dig sind, um auch in Zei­ten eines expo­nen­ti­ell wach­sen­den Daten­ver­kehrs wei­ter­hin einen zuver­läs­si­gen Daten­trans­fer zu gewährleisten.

Preis der Jury für wis­sen­schaft­li­che Exzel­lenz, Gra­duate (1.500 €)

Jan-Wilke Henke (Georg-August-Uni­ver­si­tät Göt­tin­gen): »Demons­tra­tion of the inter­ac­tion bet­ween free elec­trons and fiber-inte­gra­ted pho­to­nic resonators«

Die Elek­tro­nen­mi­kro­sko­pie umfasst eine Viel­falt expe­ri­men­tel­ler Tech­ni­ken, die die Unter­su­chung kom­ple­xer Mate­ria­lien, Nano­struk­tu­ren und bio­lo­gi­scher Pro­ben mit­tels Elek­tro­nen bei höchs­ter räum­li­cher Auf­lö­sung ermög­li­chen. In der jün­ge­ren Ver­gan­gen­heit rückte die Erzeu­gung und Struk­tu­rie­rung maß­ge­schnei­der­ter Elek­tro­nen­strah­len mit­tels opti­scher Fel­der immer mehr in den Fokus. Bis­he­rige Ansätze, basie­rend auf inelas­ti­scher Elek­tron-Licht-Streu­ung, erfor­dern jedoch auf­grund der schwa­chen Wech­sel­wir­kung zwi­schen Licht und freien Elek­tro­nen den Ein­satz inten­si­ver gepuls­ter Laser. Sie waren daher für die Modu­la­tion kon­ti­nu­ier­li­cher Elek­tro­nen­strah­len in her­kömm­li­chen Gerä­ten nicht geeignet.

Im Rah­men sei­ner Mas­ter­ar­beit konnte Jan-Wilke Henke diese Ein­schrän­kun­gen durch die Ein­füh­rung von Chip-basier­ten pho­to­ni­schen Struk­tu­ren als Platt­form für effi­zi­ente Elek­tron-Licht-Wech­sel­wir­kung in Trans­mis­si­ons­elek­tro­nen­mi­kro­sko­pen (TEM) über­win­den. Durch seine Arbeit wer­den Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten eröff­net, die von der grund­le­gen­den Erfor­schung der Elek­tron-Licht-Wech­sel­wir­kung über die Cha­rak­te­ri­sie­rung pho­to­ni­scher Struk­tu­ren mit­tels Elek­tro­nen und die Umset­zung neuer Metho­den der Elek­tro­nen­strahl-Spek­tro­sko­pie bis zur Mani­pu­la­tion von Elek­tro­nen­strah­len in kom­mer­zi­el­len TEMs rei­chen. Die Arbeit von Herrn Henke bil­det damit die Grund­lage für die Kom­bi­na­tion von inte­grier­ter Pho­to­nik und Elek­tro­nen­mi­kro­sko­pie, wodurch eine neue Klasse hybri­der Quan­ten­tech­no­lo­gie basie­rend auf Pho­to­nen und ein­zel­nen freien Elek­tro­nen begrün­det wer­den kann.

Preis der Jury für wis­sen­schaft­li­che Exzel­lenz, Post-Gra­duate (1.500 €)

Dr. Daniel Wer­de­hau­sen (Fried­rich-Schil­ler-Uni­ver­si­tät Jena): »Nano­com­po­si­tes as Next-Gene­ra­tion Opti­cal Mate­ri­als: Fun­da­men­tal Pro­per­ties and Potential«

In sei­ner Dis­ser­ta­tion unter­sucht Dr. Daniel Wer­de­hau­sen die fun­da­men­ta­len Eigen­schaf­ten von opti­schen Nano­ma­te­ria­lien, ins­be­son­dere von Nano­kom­po­si­ten, und deren Ver­wen­dung zur Wei­ter­ent­wick­lung rea­ler opti­scher Sys­teme. Seine Arbeit knüpft damit an eine 20-jäh­rige welt­weit sehr inten­sive For­schungs­tä­tig­keit zu opti­schen Meta­ma­te­ria­lien an. Diese inten­sive und lang­an­dau­ernde For­schungs­tä­tig­keit hat jedoch bis­her kei­nen Ein­gang in reale opti­sche Sys­teme gefun­den, obwohl aus Anwen­dungs­sicht ein hoher Bedarf an Inno­va­tio­nen zur Wei­ter­ent­wick­lung sol­cher Sys­teme besteht.

Genau an die­ser Kluft zwi­schen unge­nutz­ter jahr­zehn­te­lan­ger For­schung und dem Bedarf rea­ler Appli­ka­tio­nen setzt Daniel Wer­de­hau­sen an. Er betrach­tet Nano­ma­te­ria­lien als Meta­ma­te­ria­lien und wid­met sich zunächst einer grund­le­gen­den Unter­su­chung, warum es bis­her nicht rich­tig gelun­gen ist, durch diese klas­si­sche Optik­ma­te­ria­lien zu erset­zen. Dar­auf auf­bau­end zeigt er, dass Nano­kom­po­site als neu­ar­tige Optik­ma­te­ria­lien mit Mate­ri­al­pa­ra­me­tern, die bis­her nicht mög­lich waren, die­nen kön­nen und sich dar­aus ein gro­ßes Poten­tial zur Ver­bes­se­rung von opti­schen Sys­te­men ergibt.

Über den »Applied Pho­to­nics Award«

Der Applied Pho­to­nics Award geht aus dem »Green Photonics«-Nachwuchspreis her­vor – seit 2018 mit neuem Anstrich und neuer inhalt­li­cher Aus­rich­tung. Ver­lie­hen wird er durch das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF in Jena. Das Insti­tut betreibt seit über 25 Jah­ren anwen­dungs­ori­en­tierte For­schung auf dem Gebiet der Optik und Pho­to­nik. Diese Dis­zi­pli­nen tra­gen als Schlüs­sel­tech­no­lo­gien dazu bei, anste­hende Her­aus­for­de­run­gen für Gesell­schaft, Wirt­schaft und Indus­trie zu lösen. Um beson­ders ori­gi­nelle und inno­va­tive Abschluss­ar­bei­ten zu wür­di­gen, die sich mit den The­men der Ange­wand­ten Pho­to­nik beschäf­ti­gen, wurde die­ser Nach­wuchs­preis ins Leben gerufen.

Die Ver­lei­hung des »Applied Pho­to­nics Awards« erfolgt 2022 erneut mit freund­li­cher Unter­stüt­zung des Ver­eins Deut­scher Inge­nieure (VDI) sowie der Unter­neh­men Active Fiber Sys­tems, JENOPTIK und TRUMPF.