Neue Laser für Polizei und Petrochemie

18.03.2016

Blitzen statt blasen – dieses Prinzip könnte zukünftig bei Verkehrskontrollen zum Einsatz kommen: Physiker der Uni Würzburg haben einen Laser entwickelt, mit dem sich Alkohol in der Fahrerkabine eines Autos messen lässt. Aber der neue Laser kann noch viel mehr.

Martin Kamp und Professor Sven Höfling forschen im streng kontrollierten Klima des Reinraums an der Universität Würzburg. (Foto: Vera Katzenberger)

Sieht so die Verkehrskontrolle der Zukunft aus? Am Straßenrand wird ein besonderer Laser aufgestellt, der vorbeifahrende Autos durchleuchtet. Sein Licht wird von einem Spiegel zurückgeworfen, der auf der anderen Straßenseite steht. Dabei erfasst der Laser, ob sich Alkoholmoleküle im Innenraum des Fahrzeugs befinden. Die Moleküle geraten zum Beispiel durch den Atem eines alkoholisierten Fahrers in die Fahrzeugkabine.

Diese Lasermessung ist erstaunlich genau: Das neuartige Alkoholmesssystem schlägt Alarm, sobald im Auto eine Person sitzt, die mindestens 0,1 Promille Alkohol im Blut hat. Ob allerdings der Fahrer oder der Mitfahrer alkoholisiert sind, kann das Gerät nicht erkennen. „Die Polizei könnte das System aber für eine Vorauswahl nutzen, verdächtige Wagen aus dem Verkehr ziehen und sie dann genauer überprüfen“, sagt Martin Kamp, Physiker von der Universität Würzburg.

Bekannte Technik als Basis

Martin Kamp hat die neue Lasertechnologie (Interbandkaskaden-Laser) gemeinsam mit Professor Sven Höfling am Lehrstuhl für Technische Physik entwickelt. Dafür griffen die Wissenschaftler auf eine bekannte Technik zurück, die lasergestützte Stand-Off-Detektion, die hilft, gefährliche Substanzen beispielsweise an Flughäfen oder bei Großveranstaltungen zu erkennen.

Bisher wurde diese Art von Detektion eingesetzt, um Gefahren wie Sprengstoffe zu erkennen: Wird das Licht des Lasers von Sprengstoffen reflektiert, ist die spektrale Verteilung der zurückgeworfenen Strahlen aufschlussreich: „Die Wellenlängen geben Auskunft darüber, woraus das Objekt besteht“, so Kamp.

Gase in Raffinerien analysieren

Auf diese Weise können also Sprengstoffe oder Alkoholsünder identifiziert werden. Jetzt arbeitet das Würzburger Forschungsteam mit Industriepartnern an weiteren Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel für den Einsatz in der Petrochemie. iCspec heißt das aktuelle Projekt. Gemeinsam mit vielen Kooperationspartnern wie Siemens und der Nanoplus GmbH (Gerbrunn) wird ein neuer Laser entwickelt. Er soll in Raffinerien dabei helfen, die genaue Zusammensetzung von Gasen zu untersuchen.

„Der Laser könnte in Sekundenbruchteilen feststellen, woraus die bei der Destillation von Rohöl entstehenden Gase bestehen. Damit könnte er für die Qualitätssicherung und die Prozesskontrolle in der Petrochemie genutzt werden“, sagt Kamp, der das Projekt iCspec betreut. Neben Industriepartnern ist auch die Europäische Union an den neuartigen Lasern interessiert: Sie fördert das Projekt aus ihrem Programm Horizon 2020.

Erste Praxistests in der Petrochemie

Für diese neuartige und komplexe Anwendung in der Petrochemie designen die Würzburger sehr spezielle Halbleiter-Strukturen: Dabei werden in einer Ultra-Hochvakuum-Kammer bis zu 2000 hauchdünne Materiallagen aufeinandergeschichtet – das bildet die Grundlage für den hochmodernen Laser.

Der neuartige Laser soll sich schon bald unter realen Bedingungen bewähren. Im Praxistest in der Raffinerie des schwedischen Kooperationspartners Preem Petroleum AB muss er während einer Destillation Kohlenwasserstoffe wie Methan, Ethan oder Propan erkennen. Die bisherigen Versuche stimmen die Würzburger Physiker zuversichtlich. „Diese Laser könnten die Messtechnik revolutionieren“, sagt Kamp.