Geschichte der Dünnschichtoptik

Goethes Farbenlehre

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Farbkreis von Goethe

Meine Heimatstadt Jena ist eine Stadt der Optik und insbesondere auch der Dünnschichtoptik – meinem Arbeitsgebiet. Am Beginn der Optik in Jena stand Anfang des 19. Jahrhundert Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832), der vom 20 km entfernten Weimar oft nach Jena kam, um im Botanischen Garten nach dem Rechten zu sehen oder seinem Fachkollegen Friedrich Schiller (1759-1812) zu treffen. Goethe hatte sich in seinen zahlreichen naturwissenschaftlichen Studien auch mit der Optik, und insbesondere mit den Farben, befasst. Er entwickelte eine eigene Farbenlehre, die zwar aus heutiger Sicht nur historischen Wert hat, aber zu seiner Zeit und auf Grund seiner eigenen Bekanntheit, große Beachtung fand. Zitat aus Goethes „Zur Farbenlehre. Didaktischer Teil, 6. Abtlg: Sinnlich-sittliche Wirkung der Farbe, §759″:

»Die Menschen empfinden im allgemeinen eine große Freude an der Farbe. Das Auge bedarf ihrer, wie es des Lichtes bedarf. Man erinnre sich der Erquickung, wenn an einem trüben Tage die Sonne auf einen einzelnen Teil der Gegend scheint und die Farben daselbst sichtbar macht. Daß man den farbigen Edelsteinen Heilkräfte zuschrieb, mag aus dem tiefen Gefühl dieses unaussprechlichen Behagens entstanden sein.«

 


Carl Zeiss

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Carl Zeiss 1860

Goethe wurde bei seinen Studien und Experimenten zur Optik und zur Farbenlehre vom Hofmechanikus der Universität Jena, Friedrich Wilhelm Körner (1778-1847), unterstützt. Dieser hatte in den 1830er Jahren mit Carl Zeiss (1816-1888) aus Weimar einen Lehrling, der nicht nur das Mechanikerhandwerk lernte, sondern (u.a. von Goethes Farbenlehre angespornt) sich mathematische und naturwissenschaftliche Kenntnisse durch den Besuch von Vorlesungen an der Universität in Jena aneignete. An der Uni lehrte zu dieser Zeit mit Matthias Jacob Schleiden (1804-1881) ein damals berühmter Botaniker und Mitbegründer der Zelltheorie, der Körner und schließlich den jungen Zeiss anregte, Mikroskope zu bauen, und wenn möglich, bessere als es sie damals gab.
 
So gründete Carl Zeiss 1846 in Jena eine kleine optische Werkstatt und brachte 1847 sein erstes Mikroskop auf den Markt, das tatsächlich besser als das der Konkurrenz war und, da es auch noch billiger war, bald zum Verkaufsschlager wurde. Das Geschäft lief gut und es wurde noch besser, als Zeiss 1857 das erste zusammengesetzte und damit auch zerleg- und transportierbare Mikroskop baut. So wurde 1860 auch Zeiss selbst, wie sein Lehrmeister Körner, zum „Hofmechanikus“ der Universät Jena ernannt.

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Ernst Abbe und Otto Schott

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Otto Schott um 1890

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Ernst Abbe um 1875

Seit 1863 lehrte an der Universität Jena der junge Physiker Ernst Abbe als Privatdozent (1840-1905). Er wurde Zeiss’ Partner, und begründete die wissenschaftliche Grundlage der Optik als das entscheidende Fundament des Zeiss’schen Betriebes. 1866 begannen sie ihre direkte Zusammenarbeit, 1875 wurde Abbe Mitinhaber der Zeiss-Werke. Was beiden bei der Entwicklung neuer Optiken für Fernrohre und Mikroskope Probleme bereitete, war das Glas der Linsen. Folgerichtig gewannen sie mit Otto Schott (1851-1835) den dritten Partner, der für das Neue in der Optik stand, für das Glas. So kam es 1884 zur Gründung des Glastechnischen Laboratoriums von Otto Schott, das von nun an für die wachsende optische Industrie in Jena das notwendige Qualitätsglas herstellte.
 


Ernst Abbe und die Carl-Zeiss-Stiftung

Volkshaus in Jena um 1903

Volkshaus in Jena um 1903

Ernst Abbe war nicht nur Wissenschaftler, er war auch Unternehmer und Sozialreformer, der mit seinen Ideen seiner Zeit weit voraus war. 1889 gründete er die Carl-Zeiss-Stiftung, die er 1891 zur Alleineigentümerin der Zeiss Werke und zur Miteigentümerin der SCHOTT Werke machte. Wesentlicher Grundgedanke Abbes dazu war die Absicht, die Unternehmen Carl Zeiss und SCHOTT unabhängig von persönlichen Eigentümerinteressen zu sichern. Dass mit seinen, zu seiner Zeit weltweit nahezu einmaligen, Sozialreformen ein Industrieunternehmen besonders erfolgreich arbeiten kann, zeigt die Entwicklung des Betriebes selbst: Als Abbe 1863 Zeiss zum ersten Mal traf, hatte dieser 25 Beschäftigte und erwirtschaftete einen Umsatz von 12618 Mark. Im Todesjahr Ernst Abbes 1905 beschäftigten die Zeiss Werke in Jena 1400 Mitarbeiter und erzielte einen Umsatz von über 5 Millionen Mark. Die Stadt Jena und die Universität profitieren von nun an von den Mitteln, die die Stiftung aus dem Gewinn des Unternehmens bereitstellt.

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Zeiss Jena und die Anfänge der Dünnschichtoptik

Filter von Geffcken

Filter von Geffcken

1935 begann in Jena die Dünnschichtoptik als ein Teilgebiet der Optik. Zeiss setzte erstmalig den „T-Belag“ zur Entspiegelung der Linsen ein, bei dem durch Verdampfen im Hochvakuum eine dünne Schicht auf den Linsen abgeschieden wurde (Deutsches Patent 685767 vom 1.11.1935). Diese Schicht beseitigt durch Interferenz die bisher störende Reflexion an einer Glas/Luft-Grenzfläche und führt zu mehr Kontrast, vor allem aber zu mehr Licht in der Optik. Erfinder war der Leiter des Labors für Kristalle, Dr. Alexander Smakula (1900-1983).

Bei Schott in Jena experimentierte ein andere Physiker, Walter Geffcken (1904-1995), an dünnen Schichten, die aus einer Lösung abgeschieden werden können, und erarbeite erste theoretische Lösungen für die Entspiegelung der Linsen durch mehr als eine dünne Schicht (Deutsches Patent 758767 vom 19.7.1940). Von Geffcken stammen auch die ersten Interferenzfilter aus der Kombination von dielektrischen und metallischen Schichten zur Selektion von sehr schmalen Wellenlängenbereichen aus dem weißen Licht (Deutsches Patent 716153 vom 8.12.1939), die später zu einem wesentlichen Bauelement der Dünnschichtoptik werden.
 


Das Schichtenlabor in Jena

Nach Ende des 2. Weltkrieges wurde das Zeisswerk aufgeteilt: Die Amerikanische Armee, die im April 1945 Thüringen besetzt, zieht im Juli 1945 wieder ab und übergibt den Freistaat und damit auch Jena an die Sowjetunion. Beim Abzug der Amerikaner gehen zahlreiche “Köpfe und Patente” mit in die USA. Viele Zeissaner verlassen die nun entstandene sowjetische Besatzungszone und errichten im Westen Deutschlands in Oberkochen ein neues Zeiss-Werk und in Mainz schließlich ein neues Schott-Werk. Die sowjetische Armee deportiert ebenfalls zahlreiche Führungskräfte, mehr noch aber Maschinen und ganze Fabrikteile. Die in Jena verbleibenden Zeissaner beginnen aus den Trümmern und aus dem, was sie in den Köpfen haben, Zeiss Jena neu zu gestalten.

Uwe Schallenberg 1977

Uwe Schallenberg 1977

1948 wird bei Zeiss in Jena auch wieder ein Schichtenlabor eingerichtet. Erster wissenschaftlicher Mitarbeiter ist der Physiker Hubert Pohlack (1918-2012), der 1954 Leiter des Labors wird und mit seiner 1952 veröffentlichten Arbeit zur „Synthese optischer Interferenzschichten mit vorgegebenen Spektraleigenschaften“ einen wesentlichen Beitrag zur Theorie der Dünnschichtoptik lieferte.

1955 wird der junge Physiker Herbert Koch wissenschaftlicher Mitarbeiter im Schichtenlabor und 1964 selbst Leiter des Schichtenlabors. 1965 wird seine noch heute zitierte Arbeit „Untersuchungen zur Wasserdampfsorption in Aufdampfschichten“ veröffentlicht.

Im März 1977 schließlich beginne ich unmittelbar nach Abschluss meines Physikstudiums an der Universität in Jena meine berufliche Laufbahn als wissenschaftlicher Mitarbeiter in eben diesem Schichtenlabor.

Die Dünnschichtoptik und das Licht werden meine Passion.

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