Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
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2020-12-09 [ ]

Dr. Ernst Fehrer-Preis: Wie man Laserpulse richtig verstärkt

Der Elektrotechniker Andreas Deutschmann-Olek wird mit dem Dr. Ernst Fehrer-Prei der TU Wien ausgezeichnet. Er entwickelt Regelungstechnik, um extrem energiereiche Laserpulse zu erzeugen.

Andreas Deutschmann-Olek © Dominik Hrebenko

Energiereiche Laserpulse braucht man heute für viele ganz unterschiedliche Anwendungen: Zum Bearbeiten von Hightech-Oberflächen, für das Abtragen von Gewebe bei Augenoperationen oder auch um Moleküle zu untersuchen und zu detektieren. Viele Ideen wurden in den letzten Jahren entwickelt, um Laserpulse noch energiereicher zu machen – dabei lag der Fokus meist auf den physikalischen Eigenschaften des Lasers. Genauso wichtig ist allerdings die Regelungstechnik dahinter – das konnte Andreas Deutschmann-Olek in seiner Dissertation zeigen. Wenn man moderne regelungstechnische Methoden in die Lasertechnologie einführt, kann man Laserstrahlen viel besser und zielgerichteter verstärken als das bisher möglich war. Für seine Dissertation zu diesem Thema erhielt Deutschmann-Olek nun am 9.12.2020 den Fehrer-Preis der TU Wien.

So viel Leistung wie alle deutschen Kraftwerke

Unsere Alltagsvorstellungen werden auf eine harte Probe gestellt, wenn es um Weltrekorde der Laserphysik geht: „Die Energie, die in unseren Laserpulsen steckt, ist eigentlich gar nicht so groß, sie entspricht ungefähr der Energie eines Zuckerwürfels, der aus einigen Zentimetern Höhe nach unten fällt“, erklärt Andreas Deutschmann-Olek. Aber wenn diese Energie in einem winzigen Sekundenbruchteil freigesetzt wird, ist die Leistung gewaltig: „In dieser kurzen Zeitspanne entspricht sie der Leistung aller elektrischen Kraftwerke Deutschlands zusammengenommen“, rechnet Deutschmann-Olek vor.

Das verursacht Probleme: Das Material des Lasers hält die hohe Energiedichte nicht aus. Wenn man verhindern möchte, dass der Laser vom Laserlicht zerstört wird, muss man daher mit speziellen Tricks arbeiten, etwa mit der „Chirped Pulse Amplification“, einer Technik, die 2018 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Dabei wird ein kurzer Laserpuls zunächst zeitlich verlängert. Die Gesamtenergie bleibt gleich, wird aber auf eine längere Zeitspanne aufgeteilt, dadurch wird die Intensität des Pulses kleiner. Dieser verlängerte Laserpuls lässt sich dann problemlos durch einen Verstärker schicken, danach wird der verstärkte Puls wieder verkürzt – so entsteht am Ende wieder ein kurzer Puls mit viel höherer Intensität als der ursprüngliche Puls hatte.

Ausgeklügelte Regelungstechnik 

Bei näherer Betrachtung ist die Sache aber kompliziert: Nicht jede Wellenlänge wird von einem Verstärker im selben Ausmaß verstärkt, man muss das komplizierte Zusammenspiel der einzelnen Lichtwellen verstehen, aus denen sich das Laserlicht zusammensetzt. Außerdem kann sich der Verstärker verändern, sodass sein Verhalten davon abhängt, ob vorher bereits andere Pulse verstärkt wurden.

Der Verstärker stellt also einen komplizierten Zusammenhang zwischen Eingangslaserpuls und Ausgangslaserpuls her. Um damit zurechtzukommen, benötigt man ausgeklügelte Regelungstechnik – und die hat Andreas Deutschmann-Olek am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik entwickelt. Sein Algorithmus reagiert auf die gemessene Form des erzeugten Pulses und passt den darauffolgenden Eingangspuls entsprechend an. Man schickt einen maßgeschneiderten Laserpuls in den Verstärker, sodass genau jener Ausgangspuls entsteht, den man haben möchte. Sollte sich der Verstärker im Lauf der Zeit verändern, etwa weil er durch das Laserlicht erhitzt wird, kann sich der Algorithmus automatisch darauf einstellen.

Andreas Deutschmann-Olek

Andreas Deutschmann-Olek stammt aus der Steiermark. Er studierte Elektrotechnik und Informationstechnik an der TU Wien, wo er 2019 in der Forschungsgruppe von Prof. Andreas Kugi seine Dissertation abschloss. Derzeit ist er an der TU Wien als Postdoc beschäftigt. Deutschmann-Olek wurde bereits mit mehreren Preisen ausgezeichnet – darunter der Preis der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik für seine Diplomarbeit im Jahr 2015, ein Stipendium der Julius-Raab-Stiftung und der Best Paper Award der Zeitschrift „Automatisierungstechnik“ 2018.

Am Mittwoch, dem 9. Dezember 2020 wurde Andreas Deutschmann-Olek nun vom Rektorat der TU Wien mit dem Dr. Ernst Fehrer-Preis ausgezeichnet. Dieser Preis wurde von Dr. Rosemarie Fehrer gestiftet, der Witwe des Erfinders und Industriellen Dr. Ernst Fehrer. Der Preis wird jährlich für besondere technische Forschungsleistungen mit praktischer Anwendbarkeit vergeben.

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Kontakt

Dr. Andreas Deutschmann-Olek
Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik
Technische Universität Wien
+43 1 58801 376263
andreas.deutschmann@tuwien.ac.at