Ehrungen und Preise

Berthold Leibinger Innovationspreise 2012

19.09.2012

Am 14. September wurden zum siebten Mal die Innovationspreise der Berthold Leibinger Stiftung verliehen, die bereits 8,7 Mio. € in 650 Projekte aus den Bereichen Wissenschaft, Kultur, Kirche und Soziales investiert hat.

Vorne v.l.: Dr. Nicola Leibinger-Kammüller, Prof. Annette Schavan, Prof. Berthold Leibinger, Theresia Bauer, Bien Chann und Dr. Antonio Sanchez-Rubio; unten: InnoSlab-Laser

Die Berthold Leibinger Stiftung des langlährigen Geschäftsführers und Aufsichtsrats-Vorsitzenden der Trumpf GmbH, Ditzingen, feiert dieses Jahr ihr 20-jähriges Bestehen. Seit 2000 zeichnet die Stiftung innovative Arbeiten zur Lasertechnik aus, die praxisnahe Erkenntnisse schaffen und diese zielgerichtet umsetzen. Der Wettbewerb wird alle zwei Jahre international ausgeschrieben; aus dem engeren Kreis acht nominierter Bewerber kürt eine hochkarätig besetzte Jury drei Innovations-Preisträger und vergibt zudem einen Zukunftspreis.
Den 1. Preis (30 000 €) für brillante direkte Diodenlaser erhalten Dr. Tso Yee Fan und Dr. Antonio Sanchez-Rubio vom MIT Lincoln Laboratory in Boston sowie Bien Chann, Mitgründer der TeraDiode Inc. in Littleton, Massachusetts, USA. Sie sind die Erfinder eines Prinzips für Diodenlaser mit hoher Brillanz, deren Kommerzialisierung TeraDiode inzwischen vorantreibt. Die Brillanz beschreibt die maximal erreichbare Leistungsdichte im Laserfokus. So erfordert das Laserschneiden von Metall mindestens 1 MW/cm², ein Faktor von 10¹⁰ mehr als z.B. Laserpointer mit nur 0,1 mW/cm². Für die Materialbearbeitung werden daher CO₂- und Festkörperlaser mit mehreren kW Laserleistung eingesetzt, die sich auf 10-100 µm Durchmesser fokussieren lassen. Die Leistung einzelner Diodenlaser konnte mittlerweile zwar von wenigen mW auf ca. 10 W gesteigert werden; will man aber viele Diodenlaser zu einer höheren Gesamtleistung kombinieren, verschlechtert sich die Fokussierbarkeit. In der prämierten Innovation werden bis zu 180 Diodenlaser so kombiniert, dass ihre Strahlqualität auch bei Multi-Kilowatt-Ausgangsleistung erhalten bleibt. Dazu werden sie mit leicht unterschiedlichen Wellenlängen auf ein schräggestelltes optisches Gitter gerichtet, welches die Strahlen unter verschiedenen Winkeln reflektiert und bei geeigneter Anordnung exakt überlagert. Damit werden kompakte und effiziente Diodenlaser in Anwendungen, die hohe Brillanz erfordern, direkt einsetzbar und bleiben nicht primär auf den Dienst als Pumpquellen für Festkörperlaser beschränkt.
Der 2. Preis (20 000 €) geht an 13 Mitarbeiter des Aachener Fraunhofer ILT sowie dessen Ausgründungen Edgewave GmbH (Würselen, 2001) und Amphos GmbH (Aachen, 2010) für das Konzept des InnoSlab-Lasers. Das diodengepumpte Lasermedium ist eine etwa 1 mm dicke Kristall-Platte (englisch “slab“). Wie beim Scheiben- und Faserlaser werden hohe mittlere Leistung und Strahlqualität erreicht, die Geometrie liegt aber zwischen den Extremen „dünne Scheibe“ und „lange Faser“. Damit erschließen sich Einsatzgebiete, die einen Mittler zwischen den teils konträren Eigenschaften von Scheiben- und Faserlasern erfordern. Insbesondere ist dies bei Kurz- und Ultrakurzpulslasern sowie bei spektral reinen Hochleistungs-Lasern der Fall, wie in der Mikrobearbeitung (z.B. Glasinnengravuren), Sensorik (u.a. LIDAR) oder Photoakustik. Die 1996 patentierte, entscheidende Idee zur Überwindung früherer Probleme mit dem thermischen Linseneffekt und Depolarisation bei hohen Leistungen hatte Dr. Keming Du: Der Kristall selbst bildet innerhalb der Strahlquelle nicht mehr die Begrenzung des Laserstrahl, er breitet sich vielmehr frei im Kristall aus. Ein weiteres Patent zusammen mit Prof. Peter Loosen erweiterte das Konzept 1998 auf Verstärker. Der InnoSlab erreicht inzwischen ps-Laserpulse >1 kW mittlerer Leistung.
Der 3. Preis (10 000 €) würdigt Felix Abt vom IFSW der Universität Stuttgart, Andreas Blug vom Fraunhofer IPM, Freiburg, und Leonardo Nicolosi vom IEE der TU Dresden, die ein geschlossenens Echtzeit-Regelungssystem zum Laserschweißen entwickelt haben. In Tiefschweißprozessen wird ein Laserstrahl auf Intensitäten >10 kW/mm² fokussiert. Dabei bilden metallische Werkstoffe eine Dampfkapillare, welche die Laserenergie effizient absorbiert und ans Schmelzbad überträgt. Ein komplexes, dynamisches Gleichgewicht zwischen der flüssigen und gasförmigen Phase führt jedoch zu Prozessschwankungen, zu deren Korrektur ein Regelsystem in Bruchteilen von Millisekunden reagieren muss. Mit einer patentierten Sensorik und Regelstrategie ist dies nun erstmals im Serieneinsatz möglich. Dazu nimmt eine schnelle Kamera die Dampfkapillare koaxial mit bis zu 14 000 Bildern pro Sekunde auf und verarbeitet alle 25 000 Pixel gleichzeitig über ein neuronales Netzwerk (“Cellular Neural Network“, CNN). So wird stets die optimale Laserleistung für eine gleichmäßige Schweißnaht abgerufen, was nicht nur die Qualität verbessert, sondern auch 5% Energie einspart. Außerdem wird beim Fügen überlappender Bleche z.B. im Automobilbau erstmals ein „geregeltes Einschweißen“ gerade so weit in das Unterblech möglich, dass dessen Rückseite unverletzt bleibt. Anders als beim Durchschweißen verdampft an der Nahtunterseite kein Zink, der Korrosionsschutz bleibt erhalten, und bei gleicher Festigkeit werden Energieeinsparungen bis 30% erreicht. Die Baden-Württemberg-Stiftung förderte die Entwicklungsarbeiten, erste Produkte sind bereits im Erprobungseinsatz.
Für den Berthold Leibinger Zukunftspreis (30 000 €) ist eine Bewerbung nicht möglich, die Auswahl erfolgt auf Basis nicht-öffentlicher Vorschläge geeigneter Kandidaten. Diesjähriger Preisträger ist Dr. Osamu Kumagai, Senior Vice President der Sony Corp., Tokyo, Japan, der für seine wichtigen Beiträge und wegweisenden Entscheidungen in der Lasertechnik optischer Disc-Speichermedien geehrt wird. Sony’s monolithische Zwei-Wellenlängen- und später Drei-Wellenlängen-Laserquellen erlaubten erstmals eine einfache Rückwärtskompatibilität zwischen Systemen für CDs, DVDs sowie Blu-ray Discs und schufen inzwischen einen Industriestandard. Mit tiefem Verständnis sowohl fundamentaler Festkörperphysik als auch komplexer Diodenlaser-Fertigungstechnik etablierte Osamu Kumagai schon für die erste Generation optischer Discs ein führendes Laserdioden-Design. Die innovative Multi-Wellenlängen-Technologie, für deren Realisierung er verantwortlich war, erhielt Sony für viele Jahre Wettbewerbsvorteile. Auch die jüngste Entwicklung eines echten grünen Diodenlasers für Projektoren sowie eines blau-violetten Ultrakurzpuls-Halbleiterlasers für zukünftige biomedizinische Anwendungen erfolgten unter seiner Regie.
Zum Festakt am 14. September kamen über 500 Gäste nach Ditzingen, Grußworte sprachen u.a. Bundesministerin Prof. Annette Schavan (BMBF), die baden-württembergische Wissenschafts-Ministerin Theresia Bauer und der japanische Botschafter Takeshi Nakane.

Photonik NL19/2012

• http://www.leibinger-stiftung....

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