Aktuelles › Fraun­ho­fer IOF • Prä­sen­ta­tion opti­scher Sys­teme für Welt­raum­for­schung und Quantenkommunikation

Leben im Welt­all und kom­mu­ni­zie­ren in der Zukunft: Opti­sche Sys­teme für Welt­raum­for­schung und Quan­ten­kom­mu­ni­ka­tion prä­sen­tiert das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF vom 17. bis 18. Februar auf der PHOTONICS+ Vir­tual Exhi­bi­tion and Con­fe­rence. Wei­ter­hin wer­den Auf­bau- und Ver­bin­dungs­tech­no­lo­gien zum Ein­satz opti­scher Sys­teme unter Welt­raum­be­din­gun­gen präsentiert.

Mis­sion »ExoM­ars«: Auf der Suche nach Leben auf dem roten Planeten

Bereits im Juli des ver­gan­ge­nen Jah­res wollte die Euro­pean Space Agency (ESA) mit der Mis­sion »ExoM­ars« in Rich­tung des roten Pla­ne­ten abhe­ben. Auf­grund der Pan­de­mie musste der Start jedoch auf Herbst 2022 ver­scho­ben wer­den. Mit an Bord: ein dioden­ge­pump­tes Fest­kör­per­la­ser­mo­dul (DPSSL), auf­ge­baut am Fraun­ho­fer IOF in Jena.

Es wird als Teil eines Raman-Spek­tro­me­ters in einem Rover ver­baut sein, der die Mars­ober­flä­che auf orga­ni­sche Ver­bin­dun­gen und damit mög­li­che Spu­ren außer­ir­di­schen Lebens hin erforscht. Zu die­sem Zweck wird das vom Laser aus­ge­sen­dete und z. B. mit Gesteins­pro­ben wech­sel­wir­kende Licht in einem Spek­tro­me­ter analysiert.

Quan­ten­kom­mu­ni­ka­tion: Mit Licht­quan­ten sicher kommunizieren

Der Bedarf nach siche­rer Kom­mu­ni­ka­tion im digi­ta­len Zeit­al­ter ist groß – und er wird immer grö­ßer. Die quan­ten­si­chere Kom­mu­ni­ka­tion bie­tet hier neue Mög­lich­kei­ten: Gestützt auf die Gesetze der Quan­ten­me­cha­nik kön­nen neue Sicher­heits­stan­dards erreicht wer­den, die Infor­ma­tio­nen von heute bereits gegen Ent­wick­lun­gen der Zukunft schüt­zen. Ein Kern­ele­ment die­ser neu­ar­ti­gen, quan­ten­ba­sier­ten Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­teme ist eine Pho­to­nen­quelle zur Erzeu­gung ver­schränk­ter Pho­to­nen­paare. Eine sol­che Quelle, auch EPS (kurz für »Ent­an­gled Pho­ton Source«) genannt, wurde am Fraun­ho­fer IOF ent­wi­ckelt und zählt heute zu den leis­tungs­fä­higs­ten welt­raum­taug­li­chen Hard­ware­lö­sun­gen in der Quantenkommunikation.

Durch die Erzeu­gung pola­ri­sa­ti­ons­ver­schränk­ter Pho­to­nen­paare erlaubt die EPS, eine mani­pu­la­ti­ons­si­chere Ver­bin­dung zwi­schen Sen­der und Emp­fän­ger her­zu­stel­len. Quan­ten­ba­sierte Kom­mu­ni­ka­tion z. B. per Satel­lit lie­fert schon heute infor­ma­ti­ons­theo­re­ti­sche Sicher­heit und ist damit für Behör­den- und Kom­mu­ni­ka­tion in (Hoch-) Sicher­heits­be­rei­chen relevant.

Inno­va­tive Auf­bau- und Ver­bin­dungs­tech­no­lo­gien für robuste opti­sche Systeme

Gerade bei Ein­sät­zen in der Luft- und Raum­fahrt, wie der »ExoMars«-Mission oder auch der satel­li­ten­ge­stütz­ten Quan­ten­kom­mu­ni­ka­tion, sind opti­sche Bau­teile rauen Umge­bungs­be­din­gun­gen bis hin zum Vakuum aus­ge­setzt. Ent­spre­chend ent­wi­ckelt und opti­miert das Fraun­ho­fer IOF Mon­tage- und Inte­gra­ti­ons­tech­ni­ken für (mikro-) opti­sche Kom­po­nen­ten, die die­sen beson­de­ren Anfor­de­run­gen stand­hal­ten kön­nen. Auch sie wer­den exem­pla­risch auf der PHOTONICS+ vorgestellt:

Das laser­ba­sierte Splei­ßen und Tapern opti­scher Fasern über­win­det typi­sche Ein­schrän­kun­gen klas­si­scher Spleiß­an­la­gen. Es erlaubt das Ver­bin­den von Glas­fa­sern und opti­schen Kom­po­nen­ten mit gerin­gen Unter­schie­den in der ther­mi­schen Aus­deh­nung und zeich­net sich dabei durch seine Rein­heit aus. Wei­ter­hin benö­tigt es keine Ver­brauchs­ma­te­ria­lien und hat nahezu keine Leis­tungs­gren­zen. Somit kann eine Viel­falt gespleiß­ter und geta­per­ter Kom­po­nen­ten (Fasern, Kapil­lare etc.) her­ge­stellt werden.

Dar­über hin­aus ist das laser­ba­sierte Löten ein inno­va­ti­ves Ver­fah­ren zum hoch­prä­zi­sen Zusam­men­fü­gen von opti­schen Bau­tei­len zu kom­ple­xen, mul­ti­funk­tio­na­len und hybri­den Bau­grup­pen. Das Fraun­ho­fer IOF setzt ver­schie­dene fluss­mit­tel­freie Löt­ver­fah­ren für minia­tu­ri­sierte pho­to­ni­sche Sys­teme mit ver­bes­ser­ten mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten ein. Sie sind für raue Bedin­gun­gen geeig­net, wes­we­gen das Ver­fah­ren auch bei dem Auf­bau vaku­um­taug­li­cher opti­scher Sys­teme zur Anwen­dung kommt.

Kon­takt

Dr. Erik Beckert
Abtei­lungs­lei­ter Opto-mecha­tro­ni­sche Kom­po­nen­ten und Systeme
Fraun­ho­fer IOF
Albert-Ein­stein-Str. 7
07745 Jena
+49 (0) 3641 807- 338
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