Auserwählt und ausgezeichnet: Visionäre mit Erfindergeist

Bei ihrer Entdeckung vor 50 Jahren war die Lasertechnologie ein faszinierendes Spielzeug ohne bekannten Nutzen; heute ist sie in Wirtschaft und Alltag allgegenwärtig. In der Wissenschaft dagegen stagnierte die rasante Entwicklung einige Zeit, weil die vorhandene Optik keine weitere Leistungssteigerung zu energiereicherer Strahlung zuließ. Erst so genannte „Chirped mirrors“ lösten das Problem: mit ihrer Hilfe produzieren Wissenschaftler ultrakurze Laserpulse. Ein sehr kurz gepulster Laserstrahl enthält viele verschiedene Wellenlängen, die getrennt werden müssen, bevor sie einzeln verstärkt werden. Anschließend werden sie wieder zu einem extrem kurzen Puls von wenigen Bruchteilen einer Sekunde (10-15 Sekunden, einer Femtosekunde) und enormer Intensität überlagert.
Im Service-Centre des Exzellenzclusters „Munich-Centre for Advanced Photonics“ (MAP) stellen die Wissenschaftler diese besondere Art von Spiegeln her. Sie reflektieren fast alle Wellenlängen vom ultravioletten bis zum infraroten Bereich. Das Geheimnis der Spiegel sind die vielen Schichten verschiedener Oxide, die alle nur wenige Atomlagen dick sind. Die Schichten reflektieren die Wellenlängen des Lichtstrahls unterschiedlich und verzögern je nach Eindringtiefe bestimmte Wellenlängen. So entsteht ein maßgeschneiderter Spiegel für jeden beliebigen Wellenlängenbereich und jedes wissenschaftliche Problem. Dahinter steht ein riesiger Rechenaufwand, der mehrere Tage in Anspruch nehmen kann.

Die modernen Laser in der Forschung sind stark genug, um Teilchen wie Ionen und Elektronen zu beschleunigen. Das ist der zweite Schwerpunkt des Service-Centres: Sein Team ist weltweit das einzige, das freistehende hauchdünne Kohlenstofffolien herstellt, in denen die Atome in einer diamantartigen Struktur angeordnet sind. Trifft ein starker gepulster Laserstrahl auf eine solche Folie, so trennt er die Atome in schnellere Elektronen und schwerere und damit langsamere Ionen. Die Elektronen werden durch den Lichtdruck angetrieben. Sie ziehen die Ionen nach und ordnen sich in einzelnen Pulsen an.
Unter Medizinern gilt Ionenstrahlung als die visionäre Methode der Tumortherapie, weil sie effektiver ist und gleichzeitig das gesunde Gewebe schont. Von gepulster Ionenstrahlung versprechen sie sich zudem eine kürzere Behandlungszeit, doch die Methode erfordert bisher riesige Anlagen, die nur in wenigen Städten zur Verfügung stehen. Die Beschleunigung von Teilchen mit Lasern hat im Munich-Centre for Advanced Photonics zum Ziel, auf deutlich kleinerem Raum und damit kostengünstig Strahlen für die Tumortherapie zur Verfügung zu stellen. Kombiniert mit bildgebenden Verfahren machen lasererzeugte Röntgenstrahlen auch feinste Strukturen im Gewebe sichtbar und läuten damit auch in der Diagnostik ein neues Zeitalter ein.

Die Initiative der Bundesregierung „Deutschland – Land der Ideen“ soll die Stärken des Standorts Deutschland spiegeln: Einfallsreichtum und visionäres Denken sind Garanten für die Zukunft und die Innovationskraft der Menschen in diesem Land. Ein ausgewählter Ort zu sein, freut den Sprecher des Exzellenzclusters, Prof. Ferenc Krausz, besonders: „Wir sind sehr stolz, dass unsere technologischen Entwicklungen, die Laserlicht völlig neuen Anwendungen in der Biologie und Medizin zuführen sollen, diese Anerkennung gefunden haben. Sie motiviert uns, unsere Anstrengungen zu intensivieren.“

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