Infrarot-Technologien wie Nachtsichtgeräte, die die Wärmeabstrahlung von Personen, Gebäuden und Gegenständen erfassen und so das Sehen bei Dunkelheit ermöglichen, sind allseits bekannt. Doch auch darüber hinaus finden IR-Technologien wie Detektoren und Laser eine breite Anwendung: In der Raumfahrt geben sie Auskunft über die Zusammensetzung der Atmosphäre unseres eigenen wie auch von Exoplaneten, Erdbeobachtungssatelliten nutzen Detektoren zur Erforschung des Klimas, mithilfe der Infrarot-Spektroskopie lassen sich Treibhausgasemissionen oder andere chemische Stoffe in Echtzeit nachweisen und Infrarot-Laser sind inzwischen ein unverzichtbares Werkzeug in der medizinischen Diagnostik und Therapie. Um die Forschung und Entwicklung solcher IR-Technologien voranzutreiben, treffen sich Fachleute der IR-Photonik und Optoelektronik auf dem 44. Freiburger Infrarot-Kolloquium. Die zweitägige Fachtagung findet am 19. und 20. März 2019 am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF statt.

Über 100 internationale Vertreter von Universitäten, Forschungseinrichtungen und der Industrie werden zum Austausch und Wissenstransfer auf dem alle zwei Jahre stattfindenden Infrarot-Kolloquium erwartet. »Das diesjährige Programm umfasst über 40 Fachbeiträge, in denen die neuesten Forschungsergebnisse, optimierte Herstellungsprozesse von Bauelementen, Produktentwicklungen sowie Anwendungen in den verschiedensten Industriezweigen vorgestellt werden«, sagt Tagungsleiter Dr. Robert Rehm. Forscher des Fraunhofer IAF präsentieren ihre Entwicklungen aus dem Bereich der Photodetektoren und Quantenkaskadenlaser. Sieben eingeladene Referenten sprechen zu wegweisenden Themen der Branche.  

Weltraummissionen und Spurengasanalysen

Infrarot-Detektoren sind ein unverzichtbares Werkzeug zur Erdbeobachtung aus dem All ebenso wie zur Erforschung von Vorgängen in unserem Sonnensystem und darüber hinaus. Olivier Saint-Pé (Airbus Defence and Space) geht in seinem eingeladenen Vortrag der Frage nach, welche Kriterien und Anforderungen die nächste Generation von IR-Sensoren und -Instrumenten im Hinblick auf zukünftige Weltraummissionen erfüllen muss.

Eine andere Komponente aus der Infrarot-Technologie hat es bereits ins All geschafft. Der Interband-Kaskadenlaser (»IC-Laser«) wurde inzwischen erfolgreich auf dem NASA-Rover »Curiosity« auf dem Mars eingesetzt, um Methan zu detektieren. Die hochleistungsfähigen IC-Laser zeichnen sich durch ihren geringen Energieverbrauch aus und sind bereits in vielen spektroskopischen Messanwendungen in der Prozess- und Umweltanalytik im Einsatz. Prof. Dr. Rui Q. Yang (University of Oklahoma), der 1994 das Konzept von IC-Lasern entwickelt hat, blickt in seinem Vortag auf die einzigartigen Eigenschaften dieser Technologie sowie den aktuellen Stand der Forschung.

Um den Nachweis von chemischen Substanzen geht es auch in dem eingeladenen Vortrag von Dr. Johannes Paul Waclawek (Technische Universität Wien). Darin referiert der Wissenschaftler über neuartige Methoden zur Spurengasanalyse im mittleren Infrarot. Gase stellen oft eine Gefahr für Mensch und Umwelt dar – daher ist eine ständige Überwachung von selbst kleinsten Spuren notwendig. Mithilfe indirekter photoakustischer bzw. photothermaler Messverfahren können Emissions-, Industrie- und Prozessgase bereits frühzeitig erkannt und Menschen und Umwelt vor Schäden geschützt werden.

Hochauflösende leistungsstarke Wärmebildkameras

Forscher des Fraunhofer IAF präsentieren verschiedene aktuelle Entwicklungen aus dem Bereich der Photodetektoren und Halbleiterlaser. Aus dem Forschungsgebiet der Photodetektoren zeigt Dr. Frank Rutz die neuesten Entwicklungen bei hochleistungsfähigen Matrix- und Einzeldetektoren auf Basis von antimonischen Typ II-Übergittern und Indiumgalliumarsenid (InGaAs). Im kurzwelligen Infrarot erlauben hochempfindliche InGaAs-basierte Kameras Nachtsichtsysteme, welche das atmosphärische OH-Leuchten ausnutzen. »Für das mittlere und langwellige Infrarot sind die am Fraunhofer IAF entwickelten Übergitterdetektoren welt- bzw. europaweit einzigartig. Sie ermöglichen die Herstellung räumlich hochauflösender, leistungsstarker Wärmebildkameras, welche entweder klassisch monospektral arbeiten oder aber die Fähigkeit zum Farbsehen im Infraroten besitzen«, erläutert Rehm, der das Geschäftsfeld Photodetektoren am Fraunhofer IAF leitet.

Echtzeitüberwachung mittels Spektroskopie

Im Bereich der Halbleiterlaser entwickelt das Fraunhofer IAF optisch gepumpte Halbleiterscheibenlaser für medizinische Anwendungen und Quantenkaskadenlaser für die spektroskopische Sensorik. Die Spektroskopie im mittleren Infrarot ist von großer Bedeutung zur Bestimmung einer Vielzahl chemischer Verbindungen. Jede chemische Substanz absorbiert einen individuellen Anteil infraroten Lichts, was wiederum wie ein menschlicher Fingerabdruck mit optischen Verfahren identifiziert werden kann. Die Echtzeitüberwachung in diesem Spektralbereich gibt wertvolle Informationen und kann in einer breiten Anwendungspalette eingesetzt werden: In der Medizin sollen Krebserkrankungen früher diagnostiziert und in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie soll die Produktqualität gewährleistet werden. Der berührungslose Nachweis von explosiven oder toxischen Substanzen in Echtzeit hilft beispielweise bei der Vor-Ort-Detektion von Gefahrstoffen, um terroristische Anschläge zu verhindern oder Unfälle in Industrieanlagen zu untersuchen. Dr. Marko Härtelt stellt in seinem Beitrag die neuesten Ergebnisse im Bereich der Quantenkaskadenlaser vor, die in einem gemeinsamen Forschungsprojekt der beiden Fraunhofer-Institute IAF und IPMS entstanden sind.

Über das Freiburger Infrarot-Kolloquium

Bereits zum 44. Mal seit seiner Gründung im Jahre 1971 bringt das Freiburger Infrarot-Kolloquium renommierte internationale Teilnehmer aus verschiedensten Wirtschafts- und Wissenschaftszweigen zusammen. Der zweitätige Workshop bietet ein einmaliges Forum zur Diskussion sowohl aktuell relevanter Themen zur Entwicklung von Infrarot-Technologien als auch zu deren Einsatz in verschiedensten Branchen. Der Workshop dient dem Austausch der verschiedenen Akteure, der Stärkung der internationalen Zusammenarbeit ebenso wie auch dem Vorantreiben der Forschung und Entwicklung der Infrarot-Technologie.