Die optischen Technologien haben in Hannover eine lange Tradition. Das zeigt sich mit der Einrichtung des Laserzentrums Hannover e.V. 1986. Während der vergangenen 20 Jahre haben sich dort vor allem in den Dünnschicht, Weltraum- und Lasertechnologien Alleinstellungsmerkmale gebildet,

die jetzt für die Arbeiten in Quest ganz wesentliche Eckpfeiler darstellen. In der Research Area De-Enabling Technologies von Quest haben wir die Technologiebereiche von Quest zusammengefasst, die dafür da sind, die Wissenschaft in den anderen Areas zu befruchten und zu unterstützen.

Das sind zum Beispiel die Nanotechnologien, die für die Speicherung von kalten Atomen und Molekülen später eingesetzt werden. Das sind die Lasertechnologien, die für zukünftige Gravitationswellendetektoren oder für optische Uhren eingesetzt werden. Das sind zum Beispiel die Fasertechnologien, die in allen Bereichen eine wichtige Rolle spielen

oder eben die Weltraum-Technologien, die am Ende unterstützen sollen, dass bestimmte Experimente von Quest irgendwann mal im Weltraum ausgeführt werden. So werden zum Beispiel in der Gruppe Ultra High Quality Optical Layers and Characterization neue optische Materialien und Dünnschichtverfahren für Laserkomponenten entwickelt. In der Abteilung Laserkomponenten versuchen wir optische Beschichtungsprozesse zu optimieren

und optische Beschichtungen herzustellen mit höchster Qualität. Und im Rahmen des Exzellenzclusters versuchen wir, diese sehr gut etablierten Beschichtungsprozesse weiter zu verbessern und entsprechend geringere Verluste zu erzeugen und dabei geringere Streuungen, geringere Absorption

und möglichst hohe Reflektivitäten zu erreichen. Ganz normale Spiegel reflektieren nicht genug Licht, um in Lasern genutzt zu werden. Ganz einfache Laserspiegel bestanden früher häufig aus polierten Metallen, zum Beispiel Kupfer oder Aluminium. Oder es handelt sich um mit Gold- oder Silberbeschichtete Glasträger.

Solche Spiegel haben aber riesen Nachteile. Ein Teil des Laserlichts dringt in das Metall ein und wird dort absorbiert. Außerdem lassen die Spiegel kein Laserlicht durch. Ziel ist es aber, den Laserstrahl möglichst ohne Verlust zu reflektieren und außerhalb des Systems zu nutzen.

Dazu werden viel Schichtenspiegel hergestellt. Diese bestehen aus zwei durchsichtigen Materialien mit unterschiedlicher Brechzahl. Durch das Aufeinanderstapeln der unterschiedlichen Materialien entsteht eine Folge von Grenzflächen. Und die haben eine interessante Wirkung.

Es kommt durch Überlagerungseffekte zu einer hohen Reflexion. Solche Spiegel nennt man die elektrische Vielschichtenspiegel. Wenn wir zum Beispiel einen normalen Rasierspiegel angucken und da Licht einfädeln würden und zwei Spiegel nebeneinander stellen würden und das Licht immer hin und her reflektieren würden, dann hätten wir nach ungefähr 100 Durchläufen wäre der Strahl nicht mehr zu sehen.

Das ist für einen Laser absolut untauglich. Wir brauchen eine deutlich höhere Reflektivität, sodass der Strahl zwischen zwei Spiegeln typischerweise eine Million Mal hin und her geht. Und wir wollen jetzt diese Reflektivitätanzahl auf 100 Millionen Mal steigern. Denn nur mit diesen hochwertigen Spiegeln ist es möglich überhaupt,

die modernen optischen Uhren zu betreiben, wie wir sie in Quest benutzen wollen. Hervorragende Spiegel sind also ganz wesentlich, um eine stabile optische Uhr zu bauen. Diese Spiegel sind aber nur ein wesentliches Element in der optischen Uhr. Für andere ebenso wichtige Bauteile zeichnen andere Forschungsbereiche innerhalb von Quest verantwortlich.

In Area D arbeiten wir an dem Soperzlaser. Das heißt, ein Laser, der eine extrem schmale Linienbreite hat. Das heißt, dass er in der Lage ist, atomare Übergänge mit extrem großer Präzision zu vermessen. Das hat eine große Relevanz für die optischen Uhren, die dann irgendwann mal die bisher bekannten Atomuhren ablösen sollen,

um noch eine größere Präzision in die diversen Experimente zu bringen. Eine wesentliche Basis dieses Soperzlasers ist ein Resonator, der mit besonderer Beschichtungs- und Aufbautechnologie hergestellt ist. Um diesen Resonator kümmern wir uns vor allem in Area D. Lasertechnik findet auch im Weltall zunehmend Verbreitung.

Schließlich bieten Laser Möglichkeiten, von denen man früher nicht mal zu träumen wagte. Aber im Weltraum müssen die Lasersysteme auch besondere Herausforderungen meistern. Zu denken ist zum Beispiel daran, welche Auswirkungen das Vakuum auf die Optiken hat, wie Gammerstrahlung dem System schadet und noch vieles mehr.

In Quest befassen wir uns mit Technologien, die dafür benötigt werden, um Laser- oder andere optische Systeme in den Weltraum bringen zu können. Diese Technologien beziehen sich nicht nur auf die primären, das heißt optischen Eigenschaften eines solchen Systems, sondern vor allen Dingen auch auf die mechanischen oder thermischen Eigenschaften.

Wir entwickeln hier beispielsweise Laser-Ossillatoren, die auf der einen Seite sehr klein und kompakt sein müssen, auf der anderen Seite aber auch den rauen Umgebungsbedingungen des Weltraums standhalten müssen. Sie müssen also mechanisch so stabil sein, dass sie die hohen Vibrationsbelastungen, Schockbelastungen

und auch die sehr großen Temperaturbereiche, die hier auftreten können, aushalten können. Wir testen solche Systeme dann zum Beispiel auch in Thermal-Vakuum-Anlagen. Eine Anlage, wie wir sie hier im Hintergrund sehen, bei der wir diese Systeme in Vakuum einbringen und dann bei sehr großen Temperaturbereichen, die in diesem Fall zum Beispiel von minus 70 Grad bis plus 150 Grad testen können.

Gemeinsam mit der NASA plant die Europäische Weltraumorganisation ESA für das Jahr 2018 eine Expedition zum Mars. Mit dabei der Mars Rover. Und in ihm steckt dann Technologie aus dem Laserzentrum Hannover, an dem auch Wissenschaftler von Quest mitgearbeitet haben.

So kann dann auf dem Mars mit Hilfe eines Lasers nach Spuren von organischem Material gesucht werden.