Neuer Laser macht Feuerwehreinsätze sicherer – Physiker Ludger Wöste erhält Patent

Ein neues Patent der Freien Universität Berlin kann Feuerwehreinsätze sicherer machen und dient in Abfallanlagen dem Umweltschutz. Dabei handelt es sich um ein neues laserunterstütztes Verfahren zur Materialbestimmung, das auch zur Bearbeitung von Werkstoffen eingesetzt werden kann. Erstmals ist es möglich, ohne aufwändige Nachregelung eines Laserfokus, Material wechselnder Beschaffenheit und Stärke zu analysieren oder gar zu bohren oder zu schneiden. Der Physiker Ludger Wöste von der Freien Universität hat sich gemeinsam mit seinem Kollegen Jean-Pierre Wolf der Universität Lyon das Verfahren patentieren lassen. Die Erfindung ist international von der Patentverwertungsgesellschaft ipal GmbH exklusiv für die Freie Universität verwertet worden.

Oftmals sind Ursache und Art eines Feuers nicht sofort zu klären, vor allem dann nicht, wenn der Ort schwer zugänglich ist. Giftige Gase können entweichen oder Explosionen durch falsche Brandbekämpfung ausgelöst werden. Das birgt große Gefahren für die Löschteams. Hier bietet die Erfindung von Ludger Wöste und Jean-Pierre Wolf die Möglichkeit, sofort und gefahrlos Materialanalysen aus großer Distanz durchzuführen. Darüber hinaus kann die Technik, leicht modifiziert, zur Sortierung von Abfall und selbst als Laserbohrer eingesetzt werden.

Bei herkömmlichen Laseranalysen konnte bisher der Laserfokus nur in einem bestimmten festen Punkt erzeugt werden. Das hieß, wenn man mehrere Materialien unterschiedlicher Größe und Art analysieren oder bearbeiten wollte, musste der Sammelpunkt des Lichtstrahls genau positioniert sein. Durch das Forscherteam wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem die gebündelte Laserleistung über eine haarfeine und variierbare Strecke gebildet werden kann: das so genannte Plasma-Filament. Dieses Lichtbündel kann auch in großer Entfernung entstehen. Man schießt, wie im Beispiel des Brandes, aus geeigneter Entfernung einen Laser ins Feuer und kann die brennenden Stoffe identifizieren. Dazu wird mittels eines hochenergetischen Lasers der Fokus erzeugt, in dem das Material verdampft und ionisiert wird. Jede Materie, die so zum Plasmaleuchten angeregt wird, zeigt ein charakteristisches Aussehen und kann durch eine Analysevorrichtung bestimmt werden. Das kann zum Beispiel durch ein Spektrometer geschehen, das durch ein Fernrohr betrieben wird.

Ebenfalls kann der Laser in Müllsortierungsanlagen verwendet werden. Hier befinden sich meist Gegenstände unterschiedlicher Größe auf einem Transportband. Diese durchlaufen das Filament und können nach einer Materialanalyse dann sortiert werden. Sogar in materialbearbeitenden Betrieben findet das System seinen Einsatz. Wenn sich der Laser beispielsweise durch Metall bohrt, muss durch das gebildete Filament die Brennpunktjustierung nicht mehr nachreguliert werden.

Das Plasma-Filament entsteht durch hochintensive ultrakurze Laserpulse. Die Pulse haben die Energie von Terawatt (Billionen Watt) und können in der Zeitspanne von einer Femtosekunde liegen. Das ist der millionste Teil einer Milliardstelsekunde oder bildlicher beschrieben: Würde man eine Femtosekunde auf eine Sekunde ausdehnen, so würde das Blitzlicht eines Fotoapparats im Vergleich dazu mehr als eine halbe Million Jahre lang leuchten. Erreicht die Spitzenleistung des Lasers einen kritischen Wert, wird eine selbstfokussierende Wirkung hervorgerufen. Dadurch entstehen nichtlineare optische Effekte, die durch den so genannten Kerr-Effekt den Brechungsindex der Luft erhöhen. Durch die extrem hohen Lichtfeldstärken verhält sich die Luft wie eine Sammellinse. Darüber hinaus wird die Luft um den hochenergetischen Laser ionisiert. Die entstandene, multiphotonionisierte Luft wirkt wie eine Streulinse. Das Wechselspiel zwischen dem Sammel- und Streulinsenverhalten der Luft bewirkt eine Bündelung des Lasers über eine lange Strecke. Dieser Fokus über eine bestimmte Strecke mit ionisierten Abschnitten wird Filament genannt.

Das erste Patent erhielt im Juni 2003 die Gemeinschaftsforschung der Freien Universität Berlin (Prof. Wöste) und der Universität Lyon (Prof. Wolf). Die Erfinder haben sich bereits mehrere gemeinschaftliche Erfindungen patentieren lassen, eine davon ist die Erfindung des „Regenwächters“ (Die Patentschrift ihrer neusten Entwicklung wurde der Freien Universität Berlin vom Deutschen Patent- und Markenamt (DPMA) erteilt.

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Prof. Dr. Ludger Wöste, Institut für Experimentelle Physik der Freien Universität Berlin, Tel.: 030 / 838-55566, E-Mail: woeste@physik.fu-berlin.de

Auskünfte zur Patentverwertung:
Patrik Varadinek, Abteilung Forschungsförderung und Forschungsvermittlung der Freien Universität Berlin, Tel.: 030 / 838-73606