Industrienahes Photonik-Studium - Hochschule München

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Industrienahes Photonik-Studium - Hochschule München

Hintergrund

Industrienahes Photonik-Studium

von Günter Kögel

Während sich die meisten Universitäten und Hochschulen bei der Photonik auf Theorie und

Grundlagen konzentrieren, ist der Master-Studiengang Photonik der Hochschule München

bewusst sehr anwendungs- und industrienah ausgelegt. Damit wollen die Professoren ihre

Absolventen mit einer soliden Basis versehen, um später in der Industrie die neuesten Entwicklungen

der Photonik in innovative Produkte umsetzen zu können.

Mit ihrem Master-Studiengang Photonik

wollen die beiden Professoren Dr. Johannes

Roths und Dr. Heinz Paul Huber ganz bewusst

eigene, sehr anwendungsnahe Wege gehen.

Die Erklärung von Prof. Roths: „Die Photonik-

Inhalte werden in den Physik-Studiengängen

der Universitäten sehr gut, aber überwiegend

als Grundlagen und sehr theoretisch vermittelt.

Irgendwann kommt aber der Punkt, wo es darum

geht, die neuen Erkenntnisse aus der Physik

in reale Produkte umzusetzen. Dies ist ein

anderes Thema, für das neben photonischem

Wissen auch Ingenieur-Kenntnisse erforderlich

sind – Regelungstechnik, Elektrotechnik, Mechanik,

Konstruktion.“

Ziel: marktfähige Innovationen entwickeln

„Dieses Wissen“, ergänzt Prof. Huber, „ist

das Markenzeichen unserer Studierenden.

Sie haben durch ihr anwendungsnahes Ingenieurstudium

ein tiefgehendes Wissen in der

Anwendungstechnik, in der Konstruktion, in

der Regelungstechnik sowie in vielen anderen

Bereichen und erhalten mit dem Masterstudium

Photonik die physikalischen Hintergründe.

Es ist unser erklärtes Ziel, unsere Absolventen

mit dem nötigen Wissen zu versorgen, um aus

den neuesten Erkenntnissen der Wissenschaft

marktfähige Innovationen zu entwickeln. Sie

sind damit sehr gut geeignet für Firmen, die

sich an der vordersten Front der Photonik

bewegen und die neue Entwicklungen in

Produkte wie Femto-Sekundenlaser umsetzen

wollen.“

Für die Absolventen des Master-Studiengangs

Photonik der Hochschule München ist

dieses Konzept bislang sehr gut aufgegangen,

was Prof. Huber ein besonderes, persönliches

Anliegen ist: „Noch jeder unserer Absolventen

hatte einen unterschriebenen Arbeitsvertrag

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EuroLaser 02 2012


in der Tasche, als wir ihm sein Master-Zeugnis überreicht haben. Denn

meist ist über die Projekt-Studie oder die Master-Arbeit ein Kontakt

entstanden, durch den die Studierenden nahtlos in die Industrie

wechseln konnten.“ Und die meisten mussten nach dem Studium nicht

einmal umziehen. Prof. Huber: „Wir sitzen hier in München in einem

Photonik-Hot-Spot inmitten einer Vielzahl von Firmen. Hier werden die

kürzesten Lichtimpulse erzeugt, die besten Filmkameras gebaut sowie

weltweit führende Strahlquellen und Laseranlagen. Wir haben hier ein

einzigartiges Umfeld mit vielen Photonik-Firmen und verschiedensten

Forschungseinrichtungen, die immer auf der Suche nach qualifizierten

Mitarbeitern sind.“

Um die Mitarbeiter optimal auf ihre spätere Tätigkeit vorbereiten

und die regionalen Vorteile nutzen zu können, wurde sogar ein

industrieller Beirat gegründet. Prof. Roths: „Aufgabe des Beirats ist

neben einer finanziellen Unterstützung insbesondere die Abstimmung

der Inhalte des Studiums mit den Bedürfnissen

der Industrie. Wir nehmen sehr gerne die

Impulse aus der Industrie auf und richten die

Ausbildung entsprechend aus. Zudem werden

die Praktika und Projektstudien bevorzugt bei

unseren industriellen Partnern durchgeführt.“

Wer einen Bachelor-Abschluss vorweisen

kann oder ein Ingenieur-Studium abgeschlossen

hat, kann sich sogar neben seiner Arbeit in

der Industrie im Master-Studiengang Photonik

einschreiben. Prof. Roths: „Seit dem Start im

Jahr 2008 gehörte auch die Möglichkeit für

ein Teilzeit-Studium zu unserem Konzept. Das

Master-Studium Photonik kann man bei uns

in Vollzeit in drei Semestern oder in Teilzeit in

sechs Semestern absolvieren. Wir wollen damit

erreichen, dass sich Leute, die schon in der Industrie

arbeiten, bei uns weiterbilden können.“

Die Vorlesungen finden deshalb von Montags

bis Donnerstags nach 17:00 Uhr statt,

ergänzt durch Ganztagesblöcke am Donnerstag

und Freitag. Die Studierenden können

dadurch zum Beispiel in einem Semester den

Donnerstag als Ganztagesblock belegen und

im nächsten Semester den Freitag und so das

Studium recht gut mit einem Teilzeitjob in der

Industrie vereinbaren.

Alle Fächer bewusst anwendungsnah

Grundsätzlich besteht der Master-Studiengang

Photonik der Hochschule München aus

einer Reihe von Modulen. In den Pflicht-Modulen

werden die physikalischen und theoretischen

Grundlagen erarbeitet. Mit verschiedenen

Wahl-Modulen kann der Student dann

anschließend branchenspezifische Schwerpunkte

setzen, zum Beispiel bei der Laser-Materialbearbeitung,

der optischen Messtechnik

oder der optischen Kommunikationstechnik.

Alle Fächer sind bewusst sehr anwendungsnah

ausgerichtet und schon in den ersten zwei

Semestern nimmt die auf 360 Stunden angelegte

Projektstudie, in denen die Studierenden

im Labor die theoretischen Kenntnisse in die

Praxis umsetzen und ihre Ergebnisse in einem

Kolloquium vor dem Studiengang präsentieren,

breiten Raum ein. Das dritte Semester ist

dann komplett für die Master-Arbeit reserviert.

Diese Arbeiten können in den Labors der

Hochschule durchgeführt werden, aber auch

in Kooperation in der Industrie oder sogar im

Ausland.

Mit dieser lösung zur Untersuchung der rückseitenablation

für die Herstellung flexibler Solarzellen hat die

Hochschule München echtes neuland betreten.

Bilder: eurolaser / Hochschule München

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Hintergrund

Wie praxisnah und industrieorientiert an der Hochschule München

geforscht wird, zeigt die Master-Arbeit eines Studenten, den wir bei

unserem Besuch im Labor kennengelernt haben: die Untersuchung der

Rückseitenablation für die Herstellung flexibler Solarzellen, bei der die

Hochschule München echtes Neuland betreten hat. Zur Untersuchung

der Vorgänge bei der Rückseitenbearbeitung mit einem Femto-Sekunden-Laser

wird mit einer an der Hochschule entwickelten Methode die

Wirkung einzelner Pulse untersucht.

Praxisnahe Forschung mit modernster Ausstattung

Dazu wird der Femto-Sekunden-Laser über mehrere Spiegel umgelenkt

und schießt zur Rückseitenablation auf eine Probe. Dort löst sich

durch die Laserenergie auf der Rückseite des Materials ein Käppchen

der Beschichtung. Dies wird mit einer CCD-Kamera fotografiert, wobei

die Zeitauflösung über die Belichtung mit einem zweiten, verzögerten

Lichtimpuls gelöst wird. Je nach gewünschter Verzögerung erfolgt die

Belichtung auf zwei Arten.

Die Erklärung von Prof. Huber: „Von Null bis vier Nanosekunden lösen

wir die Verzögerung geometrisch, denn diese Verzögerung lässt sich

elektronisch nicht mehr darstellen. Dazu wird der Puls geteilt in einen

starken Puls für die Ablation und einen schwachen Puls für die Belichtung,

der in die grüne Wellenlänge frequenzverdoppelt wird, damit ihn

die Kamera sehen kann. Der schwache Puls wird geometrisch durch

mehrfache Umlenkung und Verstellung der Spiegel verzögert. Mit dem

uns zur Verfügung stehenden Weg – 30 cm entsprechen ungefähr einer

Nanosekunde – können wir auf diese Art den Puls um bis zu vier Nanosekunden

verzögern. Für Verzögerung von mehr als vier Nanosekunden

setzen wir für die Belichtung einen zusätzlichen, elektronisch getriggerten

600 Piko-Sekunden-Laser ein. Dadurch können wir in einzelnen

Bildern den gesamten Prozess im zeitlichen Ablauf fotografieren.“

Für Prof. Huber ist dies „angewandete Forschung in Reinstform: Wir

haben ein Prozessergebnis nicht verstanden und dann untersucht, warum

wir es nicht verstehen. Dazu haben wir echtes Neuland betreten

Mit einer sehr praxisnahen Ausbildung und industrienahen Aufgaben erhalten die Absolventen

der Hochschule München das nötige Wissen, um aus den neuesten erkenntnissen

der Wissenschaft marktfähige Innovationen zu entwickeln.

und können so auch als Hochschule die Formulierung

verwenden „wir haben erstmalig gezeigt“.

Dieses Wissen können wir jetzt wieder

verwenden, um die Prozesse noch effizienter

zu machen. So ist es uns gelungen, das gleiche

Ergebnis mit einem Zehntel der Laserleistung

zu erreichen.“

Dass sich solche Ergebnisse nicht mit einer

Ausrüstung realisieren lassen, die im Deutschen

Museum besser aufgehoben wäre, ist für

Prof. Huber so sicher wie das Amen in der Kirche:

„Uns ist es sehr wichtig, dass wir mit unseren

Anlagen immer auf dem aktuellen Stand

der Technologie sind, und wir unseren Studierenden

Technik zur Verfügung stellen können,

die sie auch später in der Industrie finden.

Dazu sind die Studienbeiträge eine wichtige

Hilfe. Mehrere unserer neuen Laser konnten

wir nur dank der Studienbeiträge anschaffen.

Andere haben wir über Spenden unserer Projektpartner

erhalten. Dadurch können wir aber

Studienprojekte realisieren, die aktuelle Trends

aufgreifen, wie die vergleichende Bearbeitung

mit Nano- und Piko-Sekunden-Lasern.“

Ein wichtiger Lerneffekt: Bei vielen Versuchen

zur Lasermaterialbearbeitung tasten sich

die Studierenden langsam an die Ablationsschwelle

heran und lernen damit einerseits

den Umgang mit neuester Technologie und

gleichzeitig eine empirische Arbeitsweise

kennen. Eine Vorgehensweise, für die nach Erfahrung

von Prof. Huber „ein Industriebetrieb

gar nicht die Zeit hat. Hier wird mit maximaler

die Hochschule München legt großen Wert darauf, dass

die Anlagen immer auf dem aktuellen Stand der technologie

sind und die Studierenden technik zur Verfügung

haben, die sie auch später in der Industrie finden, zum

Beispiel aktuelle nano­ und Piko­Sekunden­laser.

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Laserenergie auf die Probe geschossen, und wenn es funktioniert, wird

so lange die Leistung reduziert, dass die Bearbeitung gerade noch

prozesssicher läuft.“

Dass sich das zeitraubende, empirische Herantasten einer Hochschule

mit modernsten Geräten aber auch für die Industrie lohnen kann,

beweist ein anderes Projekt. Mit ihren Anlagen kann die Hochschule

München bis zu 300 x 300 mm große Substrate bearbeiten – wichtig

für die Forschung an Dünnschicht-Solarzellen. Prof. Huber: „Wir

konzentrieren uns im Wesentlichen auf die Kupfer-Indium-Diselenid-

Zellen, denn hier gab es noch ungelöste Laser-Prozesse. Durch die

Möglichkeit, mit unserem 30 Watt Piko-Sekunden-Laser 300 x 300 mm

große Substrate zu bearbeiten, können wir Solarzellen erzeugen, die

sich bei unserem Projektpartner – einem Hersteller von Solarzellen –

für Wirkungsgrad-Tests verwenden lassen. Mit kleineren Substraten

wären keine belastbaren Aussagen über die Wirkungsgrade möglich.“

Zwei Münchener Prozesse verbessern Wirkungsgrad von Solarzellen

Das Projekt läuft schon seit drei Jahren und inzwischen werden in

der Serienfertigung zwei Prozesse eingesetzt, die an der Hochschule

München entwickelt wurden und die messbare Verbesserungen für die

Solarzellen gebracht haben. Prof. Huber: „Beim Projektstart lag der Wirkungsgrad

eines kompletten Moduls bei rund 13 Prozent, heute sind wir

bei 14,7 Prozent, wobei in etwa die Hälfte dieser Verbesserung auf unsere

Entwicklungen mit der Piko-Sekunden-Laser-Strukturierung zurückgeht.“

Kurz zum Hintergrund: Der Standard-Prozess in der Solarzellen-Herstellung

ist für diese Aufgabe das mechanische Ritzen, bei dem das Substrat

mit mehreren Hartmetall-Nadeln gleichzeitig geritzt wird. Mit einem

Piko-Sekunden-Laser lässt sich diese Bearbeitung in höherer Qualität,

mit dünneren Linien und regelmäßiger durchführen. Als Folge kann der

Hersteller die Totzonen der Zelle reduzieren. Allein dadurch lässt sich der

Wirkungsgrad einer Solarzelle um etwa fünf Prozent verbessern. W

www.hm­edu

ein wichtiger lerneffekt: Mit vielen praktischen Übungen lernen die Studierenden

einerseits den Umgang mit neuester technologie und gleichzeitig eine empirische

Arbeitsweise kennen.

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