HYpO Anwendung von Hybriden Materialien zur Spektralbereichserweiterung in optischen Anwendungen

Projektbeschreibung:

Optische Beschichtungen finden sich in einer Vielzahl von Produkten, die unser modernes Leben durchziehen: Hochleistungslaser und die darin verbauten beschichteten Komponenten sind z.B. Kernbestandteil im Automobil- und Schiffbau, bei der Herstellung von Halbleiterchips, bei Druckerzeugnissen und Medizinanwendungen. Trotz der nunmehr 60 Jahre andauernden Erfolgsgeschichte des Lasers wird weltweit fieberhaft daran gearbeitet, die technologischen Beschränkungen der verfügbaren optischen Materialien zu überwinden.

Laserstrahlung kann als räumlich - und in Pulsen auch zeitlich - konzentriertes Licht enorme Leistungsspitzen erreichen, der kein Material standhält. Die optischen Beschichtungen in Hochleistungslasern müssen großen Belastungen widerstehen, die sich z.B. aus der Aufheizung durch Materialabsorption ergibt. Der Verringerung von Absorption sind bei den bisher genutzten Materialien jedoch physikalische Grenzen gesetzt, wenn diese in üblichen Lagendicken im Bereich der Wellenlänge vorliegen. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen jedoch neuartige Möglichkeiten auf, mit sogenannten Hybridmateralien diese Grenzen zu sprengen und damit weite Bereiche der Lasertechnologie zu revolutionieren. Diese Hybridmaterialien basieren auf ultradünnen Schichtstrukturen mit Lagendicken, die erheblich dünner sind als die üblichen optischen Schichtsysteme. Durch Quantisierungseffekte in diesen Strukturen können optische Eigenschaften wie Brechwert und Absorption gezielt verändert werden. Konkret werden Halbleiter- und nichtleiter-Materialien kombiniert, die in ultradünnen Strukturen aufgebracht eine deutliche Verschiebung von Bandkanten und damit der Materialabsorption zeigen können. Auf diese Weise werden in Hybridmaterialien Halbleiter im sichtbaren Spektralbereich und oxydische Verbindungen im Infrarot zu gefragten Materialien. Nicht zuletzt können durch den erweiterten Spektralbereich von Hybridmaterialien im Infrarot umweltschädliche Materialien ersetzt und Produkte gleichzeitig mit weniger Ressourceneinsatz hergestellt werden.

Im Forschungsvorhaben HYpO haben sich zwei Forschungsinstitute und fünf Industrieunternehmen zusammengefunden, Hybridmaterialien für Laseranwendungen im sichtbaren und infraroten Spektralbereich zu erforschen und die spätere industrielle Verwertung vorzubereiten. Während die Institute jahrzehntelange Erfahrung in der Erforschung optischer Schichten einbringen, decken die Industriefirmen die Realisierungskette über Messtechnikentwicklung, Anlagenbau und Produktentwicklung ab.

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