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»Applied Pho­to­nics Award 2023«: Das sind die Preistragenden
Nach­wuchs­preis des Fraun­ho­fer IOF für inno­va­tive Abschluss­ar­bei­ten verliehen

Wie kön­nen Com­pu­ter mit­hilfe von Licht noch leis­tungs­stär­ker wer­den bei gleich­zei­tig gerin­ge­rem Ener­gie­ver­brauch? Wie kön­nen wir in Zukunft win­zige Mikro­op­ti­ken schnel­ler und kos­ten­güns­ti­ger her­stel­len? Und wie las­sen sich Erkennt­nis­sen aus der Nanoop­tik für die indus­tri­elle Nut­zung von Quan­ten­se­no­ren anwen­den? Die­sen und wei­te­ren Zukunfts­fra­gen wid­men sich die Preis­tra­gen­den des dies­jäh­ri­gen »Applied Pho­to­nics Awards«. Der Nach­wuchs­preis wurde am 12. Okto­ber im Rah­men der »Pho­to­nics Days Jena« an die fünf Preis­tra­gen­den 2023 verliehen.

Lei­den­schaft für Licht – das ist Fraun­ho­fer IOF. Seine Begeis­te­rung für die fas­zi­nie­rende Welt der Pho­to­nen will das Insti­tut mit jun­gen Nach­wuchs­for­schen­den tei­len. Zu die­sem Zweck hat das Insti­tut die »Pho­to­nics Days Jena«, ein Kar­riere- und Netz­wer­ke­vent für Stu­die­rende, sowie den »Applied Pho­to­nics Award« ins Leben geru­fen. Der Award prä­miert her­aus­ra­gende Abschluss­ar­bei­ten im Bereich Optik und Pho­to­nik und wurde heute im Rah­men des Kar­rie­ree­vents ver­lie­hen. Prof. Dr. Anke Kaysser-Pyz­alla, Vor­stands­vor­sit­zende des Deut­schen Zen­trums für Luft- und Raum­fahrt (DLR) sowie Key­note-Spea­ke­rin bei den dies­jäh­ri­gen »Pho­to­nics Days Jena«, über­reichte den Award gemein­sam mit Dr. Katja Böh­ler, Staats­se­kre­tä­rin für For­schung, Inno­va­tion und Wirt­schafts­för­de­rung in Thü­rin­gen, an die Preistragenden.
Eine Fach­jury, bestehend aus Ver­tre­te­rin­nen und Ver­tre­tern aus Wis­sen­schaft und Wirt­schaft, hatte zuvor die prä­mier­ten Arbei­ten aus­ge­wählt. Es wur­den drei Abschluss­ar­bei­ten in den Kate­go­rien Bache­lor, Master/Diplom und Dis­ser­ta­tion aus­ge­zeich­net. Zusätz­lich ver­gab die Jury in die­sem Jahr zwei Son­der­preise: ein­mal für eine her­aus­ra­gende Arbeit im Bereich der ange­wand­ten Quan­ten­tech­no­lo­gien sowie ein­mal für eine grund­la­gen­ori­en­tierte For­schungs­ar­beit. Die Gewin­ne­rin­nen und Gewin­ner des »Applied Pho­to­nics Award« 2023 sind:

Beste Bache­lor­ar­beit (1.000 €)

Manuel Kloc­kow (Fried­rich-Schil­ler-Uni­ver­si­tät Jena): »Eva­lua­ting Dif­frac­tive Neu­ral Net­work Architectures«

Künst­li­che neu­ro­nale Netze sind Com­pu­ter­pro­gramme, die ver­su­chen, wie das mensch­li­che Gehirn zu arbei­ten, um Pro­bleme zu lösen. Her­kömm­li­cher­weise wer­den Infor­ma­tio­nen in sol­chen Net­zen mit­hilfe von Elek­tri­zi­tät ver­ar­bei­tet. Dem­ge­gen­über bie­ten soge­nannte dif­frak­tive neu­ro­nale Netze einen neuen, span­nen­den Ansatz, denn: Sie nut­zen Licht anstelle von Elek­tri­zi­tät zur Infor­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung. Dif­frak­tive neu­ro­nale Netze arbei­ten sehr schnell bei einem gleich­zei­tig nied­ri­gen Ener­gie­ver­brauch. Die hohe Geschwin­dig­keit wird dadurch erreicht, dass Infor­ma­tio­nen par­al­lel und mit Licht­ge­schwin­dig­keit durch das Netz­werk pro­pa­gie­ren kön­nen. Beson­ders inter­es­sant sind sol­che Netze daher dort, wo Ener­gie und Leis­tungs­fä­hig­keit einer Hard­ware begrenzt sind, etwa beim auto­no­men Fahren.

In sei­ner Bache­lor­ar­beit unter­sucht Manuel Kloc­kow die Leis­tungs­fä­hig­keit unter­schied­li­cher Archi­tek­tu­ren sol­cher dif­frak­ti­ven neu­ro­na­len Netze. Sei­ner Unter­su­chung geht er mit­hilfe von Simu­la­tio­nen nach. Mit sei­ner Arbeit führt Manuel Kloc­kow über­dies eine neue Art von dif­frak­ti­ven neu­ro­na­len Net­zen ein, deren Leis­tungs­fä­hig­keit, die der von der bis­he­ri­gen For­schung unter­such­ten Netze übersteigt.

Beste Mas­ter­ar­beit (2.000 €)

Vale­riia Sedova (Fried­rich-Alex­an­der-Uni­ver­si­tät Erlan­gen-Nürn­berg): »Mode­ling of thick pho­to­re­sist for grayscale litho­gra­phy application«
In ihrer Mas­ter­ar­beit befasst sich Vale­riia Sedova mit einer kri­ti­schen Her­aus­for­de­rung bei der Her­stel­lung mikro­op­ti­scher Kom­po­nen­ten: dem Feh­len eines gut eta­blier­ten Modells für dicke Fotola­cke in der Grau­stu­fen­li­tho­gra­fie. Ihre For­schung kon­zen­triert sich auf die Ent­wick­lung einer spe­zi­el­len Methode zur Her­stel­lung mikro­sko­pi­scher opti­scher Kom­po­nen­ten mit ver­bes­ser­ter Prä­zi­sion und Effi­zi­enz. Gleich­zei­tig legt Vale­riia Sedova mit ihrer For­schung den Grund­stein für die Inte­gra­tion soge­nann­ter Deep-Lear­ning-Tech­ni­ken in den Fer­ti­gungs­pro­zess. Mit ihrer Hilfe kön­nen Vor­her­sa­gen über ein­zelne Struk­tur­for­men getrof­fen wer­den, wodurch die Genau­ig­keit des Pro­dukts opti­miert wird.
Zum Ein­satz kom­men mikro­op­ti­sche Kom­po­nen­ten in den viel­fäl­tigs­ten Bran­chen, dar­un­ter der Tele­kom­mu­ni­ka­tion, der medi­zi­ni­schen Bild­ge­bung und der Unter­hal­tungs­elek­tro­nik. Die For­schung von Vale­riia Sedova hilft dabei, Pro­dukte in die­sen und ande­ren Anwen­dungs­ge­bie­ten in Zukunft schnel­ler und kos­ten­güns­ti­ger herzustellen.

Beste Dis­ser­ta­tion (3.000 €)

Dr. Vin­cent Hahn (Karls­ru­her Insti­tut für Tech­no­lo­gie): »3D Laser Micro- and Nano­prin­ting: Finer, Fas­ter, and More Affordable«

Von klei­nen Tools für den All­tag bis hin zu gro­ßen Maschi­nen zur indus­tri­el­len Seri­en­fer­ti­gung – der 3D-Druck wird immer belieb­ter und erwei­tert sein Anwen­dungs­spek­trum ste­tig. Im Ver­gleich zu her­kömm­li­chen Fer­ti­gungs­me­tho­den, wie bei­spiels­weise dem Spritz­guss­ver­fah­ren, haben 3D-Dru­cker klare Vor­teile: In kür­zes­ter Zeit kön­nen maß­ge­fer­tigte Pro­to­ty­pen für Bau­teile pro­du­ziert und kost­spie­lige Guss­for­men ver­mie­den wer­den. In der Fer­ti­gung von klein­struk­tu­rier­ten Bau­tei­len wie etwa Mikro­op­ti­ken, kom­men jedoch meist tra­di­tio­nelle Fer­ti­gungs­ver­fah­ren zum Einsatz.
In sei­ner Dis­ser­ta­tion wid­met sich Vin­cent Hahn daher der Frage, wie sich 3D-Druck­ver­fah­ren auch für feine Bau­tei­len schnel­ler und kos­ten­güns­ti­ger rea­li­sie­ren las­sen. Zu die­sem Zweck ent­wi­ckelt er zwei neu­ar­tige 3D-Dru­cker sowie die dazu pas­sen­den Lacke. Die von Vin­cent Hahn ent­wi­ckel­ten Ver­fah­ren erhö­hen den Durch­satz sowie die Druck­ge­schwin­dig­kei­ten des 3D-Drucks und machen ihn damit kon­kur­renz­fä­hi­ger gegen­über her­kömm­li­chen Fer­ti­gungs­me­tho­den. In der Arbeit wur­den mit den bei­den neu­ar­ti­gen 3D-Dru­ckern mecha­ni­sche Meta­ma­te­ria­lien her­ge­stellt. Per­spek­ti­visch kön­nen damit zum Bei­spiel auch Mikro­op­ti­ken rea­li­siert wer­den, die heute schon zum Bei­spiel in der Gesichts­er­ken­nung von Smart­phones ein­ge­setzt werden.

Preis der Jury für Ange­wandte Quan­ten­tech­no­lo­gien (1.500 €)

Phil­ipp Reuschel (Uni­ver­si­tät Sie­gen): »Vec­tor magne­to­me­try based on pola­ri­me­tric opti­cally-detec­ted magne­tic resonance«

Die soge­nannte Vek­tor­ma­gne­to­me­trie ist eine Methode, um Magnet­fel­der zu mes­sen. Mit ihr wird bestimmt, in wel­che Rich­tung ein Magnet­feld zeigt und wie stark es ist. Zur Anwen­dung kommt diese Methode etwa in der Navi­ga­tion, den Mate­rial- und Bio­wis­sen­schaf­ten oder der Prä­zi­si­ons­mess­tech­nik. Zu die­sem Zweck gibt es ver­schie­den emp­find­li­che Magnet­feld­sen­so­ren, die jedoch typi­scher­weise unter hoher tech­ni­scher Kom­ple­xi­tät und gerin­ger räum­li­cher Auf­lö­sung leiden.In sei­ner Mas­ter­ar­beit stellt Phil­ipp Reuschel einen neu­ar­ti­gen Ansatz vor, um die Rich­tung selbst win­zi­ger Magnet­fel­der zu mes­sen. Diese sind spe­zi­ell für modernste Quan­ten­tech­no­lo­gien von gro­ßer Bedeu­tung. Für seine Methode ver­wen­det Phil­ipp Reuschel spe­zi­elle Dia­mant­kris­talle, die win­zige Fehl­stel­len im Kris­tall auf­wei­sen. Diese Fehl­stel­len funk­tio­nie­ren wie Mini-Kom­pass­na­deln und kön­nen somit Magnet­fel­der anzei­gen. Mit­hilfe von Mikro­wel­len und Laser­licht las­sen sich zudem Stärke und Rich­tung des Magnet­fel­des bestim­men. Der von Phil­ipp Reuschel prä­sen­tierte Ansatz ver­eint dabei eine hohe Sen­si­ti­vi­tät mit nano­ska­li­ger räum­li­cher Auf­lö­sung und gleich­zei­ti­ger Robust­heit gegen­über Umwelteinflüssen.

Preis der Jury für grund­la­gen­ori­en­tierte For­schungs­ar­beit in einem wich­ti­gen Zukunfts­feld der moder­nen Infor­ma­ti­ons­ge­sell­schaft (1.500 €)

Dr. Tobias Weitz (Fried­rich-Alex­an­der-Uni­ver­si­tät Erlan­gen-Nürn­berg): »Light­wave elec­tro­nics in graphene«

Com­pu­ter sind zu einem unver­zicht­ba­ren Bestand­teil unse­rer moder­nen Infor­ma­ti­ons­ge­sell­schaft gewor­den. Den ele­men­tars­ten Bestand­teil eines jeden Com­pu­ters bil­den dabei die soge­nann­ten Logik­gat­ter. Sie ver­ar­bei­ten logi­sche Zustände (d.h. eine 0 oder eine 1), sodass diese wie­derum in neuen Zustän­den (also 0 oder 1) resul­tie­ren. Bis­her wer­den sol­che Logik­gat­ter übli­cher­weise aus soge­nann­ten Halb­lei­ter-basier­ten-Tran­sis­to­ren gebaut. Hier wer­den logi­sche Ope­ra­tio­nen mit­hilfe von elek­tri­schen Mikro­wel­len-Signa­len aus­ge­führt. Das Pro­blem: Die Wei­ter­ent­wick­lung ihrer Takt­rate stößt mitt­ler­weile an ihr Limit. Die Folge: Logi­sche Ope­ra­tio­nen kön­nen kaum schnel­ler als in einer Nano­se­kunde ablau­fen. Unlängst fin­den wir uns jedoch in einer Ent­wick­lung von Algo­rith­men z. B. für künst­li­che Intel­li­gen­zen wie­der, die ohne eine extreme Stei­ge­rung der Takt­rate und damit der Rechen­ka­pa­zi­tä­ten an ihre Gren­zen sto­ßen werden.Diesem Pro­blem wen­det sich Tobias Weitz in sei­ner Dis­ser­ta­tion zu. In sei­ner Arbeit demons­triert er einen Ansatz für Licht­feld-getrie­bene Logik­gat­ter. Sie sind in der Lage, logi­sche Zustände von 0 oder 1 inner­halb einer Fem­to­se­kunde zu ver­ar­bei­ten. Eine Fem­to­se­kunde ist ein Mil­li­ons­tel einer Mil­li­ards­tel Sekunde. Zu die­sem Zweck nutzt Tobias Weitz extrem kurze und inten­sive Laser­im­pulse. Diese Tech­no­lo­gie könnte künf­tig in moderns­ten Com­pu­ter­pro­zes­so­ren sowie ande­ren digi­ta­len Gerä­ten zur Anwen­dung kom­men und somit das bis­he­rige Limit der Takt­rate nicht nur über­win­den, son­dern dra­ma­tisch erhöhen.

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. Orga­ni­siert 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 2023 mit freund­li­cher Unter­stüt­zung des Ver­eins Deut­scher Inge­nieure (VDI) sowie der Unter­neh­men Active Fiber Sys­tems, JENOPTIK, Hua­wei Tech­no­lo­gies und TRUMPF.
Unter fol­gen­dem Link fin­den Sie die Pres­se­mit­tei­lung sowie druck­fä­hi­ges Bildmaterial:
https://s.fhg.de/Applied-Photonics-Award-2023

17. Oktober 2023

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