Gemälde Spektrometer-Demonstration, Bild: Fraunhofer Gesellschaft

Joseph von Fraunhofer (2.v.li.) demonstriert Joseph von Utzschneider, Georg Reichenbach und Georg Merz das Spektrometer. Bild: Fraunhofer Gesellschaft

Neue Glassorten, eine verbesserte Glasherstellung, ein optimierter optischer Instrumentenbau – mit seinen Forschungen an Lichquellen und in der Glasherstellung hob Joseph von Fraunhofer die Optik auf eine neue Entwicklungsstufe. Schon nach seiner Lehre beim Spiegelmacher Philipp Anton Weichselberger in München widmete er sich nach dem Eintritt ins Mathematisch-Mechanische Institut mit der Glasfabrikation in Benediktbeuern der Verbesserung der Glasqualität. Er führte präzise Experimente mit veränderten Rohmaterialien und modifizierten Schmelzverfahren durch und erreichte so die Produktion schlierenfreier Gläser. Zugleich standardisierte er die Bearbeitung des fertigen Glases. Dadurch machte er das Ergebnis weitestgehend unabhängig vom Geschick des einzelnen Linsenschleifers.

Fernrohre in Vitrine, Bild: Fraunhofer Gesellschaft
Die Qualität der Fernrohre aus Fraunhofers Hand war berühmt und trug zu seinem Erfolg als Unternehmer bei. Bild: Fraunhofer Gesellschaft

Sein Wissen zum Brechungsverhalten und der Farb­dis­persion einzelner Glassorten half von Fraunhofer, ungewöhnlich große achromatische Fernrohre zu konstruieren. So entstand eine neue Generation astronomischer Linsenteleskope. Sein berühmtestes Werk ist ein parallaktisch montiertes Linsenteleskop (Refraktor) für die kaiserlich-russische Sternwarte in Dorpat. Mit dem baugleichen 9-Zoll-Refraktor, der heute im Deutschen Museum steht, gelang es dem Astronomen Johann Gottfried Galle 1846, den Planeten Neptun zu entdecken.

Spektrale Untersuchung des Lichts

Darstellung des Sonnenspektrums, Bild: Fraunhofer Gesellschaft
Die von Fraunhofer gezeichnete und kolorierte Darstellung des Sonnenspektrums mit den nach ihm benannten dunklen Linien belegt seine exakte Messtechnik. Bild: Fraunhofer Gesellschaft

Auch für seine eigenen Forschungen waren die von Fraunhofer neu entwickelten optischen Instrumente von großer Bedeutung. Selbstgefertigte Prismen ermöglichten ihm die spektrale Untersuchung des Lichts.

Schon andere Wissenschaftler hatten dunkle Streifen im Spektrum des Sonnenlichts bemerkt; aber erst Fraunhofer erkannte, dass diese Linien – die Fraunhoferschen Linien – in der Natur des Sonnenlichts selbst liegen. Mit seinen grundlegenden wissenschaftlichen Arbeiten zur spektralen Zusammensetzung des Lichts verschiedener Quellen trug Fraunhofer zur modernen Spektralanalyse bei. Außerdem untersuchte er die Lichtbeugung. Mithilfe eines Diamanten stellte er ein Beugungsgitter mit einem Linienabstand von nur 0,003 Millimetern her. Damit gelang es ihm, die Wellenlänge des Lichts verschiedener Farben sehr präzise zu messen.

Forschung und Experimente befruchteten sich bei Fraunhofer gegenseitig. Die Entdeckung und Beschreibung der Absorptionslinien im Spektrum des Sonnenlichts etwa ermöglichten es, das Brechungsvermögen einzelner Glassorten genau zu bestimmen. Mit den Untersuchungen zur Lichtbeugung wurden verbesserte Fernrohre konstruiert.

Fraunhofers Vermächtnis

Joseph von Fraunhofer hat mit seiner Forschung die Optik maßgeblich beeinflusst. Auch heute ist sein Wirken noch spürbar, denn optische Systeme sind aus der modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Besonders deutlich ist dies in der Informations- und Kommunikationstechnik: Glasfasern leisten in der Datenübertragung ein Vielfaches mehr als die üblichen Kupferkabel. Auf optischen CDs, die mithilfe von Laserlicht beschrieben und gelesen werden, können weitaus mehr Informationen gespeichert werden als auf jedem anderen Datenträger.

Die Entwicklung des Internet zeigt, dass die Datenflut ständig zunimmt und in Zukunft nur noch mithilfe optischer Übertragungs- und Speichertechniken zu bewältigen sein wird. Schon der heute übliche Medienkonsum wäre ohne die Anwendung optischer Datensysteme nicht mehr denkbar. Licht ist zu einem universellen Werkzeug in Wissenschaft und Industrie geworden. Gebündelt in Gestalt eines Laserstrahls, können wir damit Materialien und Bauteile bearbeiten. Starke Lasergeneratoren erlauben es, mehrere Meter Blech pro Sekunde zu schneiden, die hochpräzise Steuerbarkeit des Laserstrahls ist wiederum Voraussetzung für seine Verwendung zur Datenspeicherung oder beim Laserdruck.

Joseph von Fraunhofer (Quelle: Fraunhofer)

Optische Verfahren in der Messtechnik

In der Messtechnik spielen optische Verfahren eine wichtige Rolle. Selbst Spuren von Verunreinigungen in kilometerhohen Bereichen der Atmosphäre können lasertechnisch erfasst und diagnostiziert werden. Die Spektralanalyse, zu deren Entwicklung Joseph von Fraunhofer grundlegende Erkenntnisse beitrug, gehört zum Standardrepertoire eines modernen analytischen Labors. Auch in der Mikroelektronik, einer weiteren Schlüsseltechnologie, ist die Optik unentbehrlich geworden: Integrierte Schaltkreise werden durch Belichtung photo-empfindlicher Materialien und anschließende chemische Bearbeitung erzeugt. Die Vermittlung elektrischer und optischer Signale gehört zu einem wichtigen Entwicklungssektor auf dem Feld moderner Mikrosysteme.

Der Erfinder

Joseph von Fraunhofer neben seinem Spektrometer. Bild: Deutsches Museum

Joseph von Fraunhofer wird am 6. März 1787 in Straubing geboren. Er absolviert eine Lehre beim Spiegelmacher Philipp Anton Weichselberger in München. 1806 tritt er als Optiker in das Mathematisch-Mechanische Institut von Reichenbach, Utzschneider und Liebherr ein. Seine Entwicklung neuer Glassorten, Verbesserungen bei der Glasherstellung und die Perfektionierung des optischen Instrumentebaus führten dazu, dass die Glashütte nun Fernrohre, Ferngläser, Mikroskope und Lupen herstellt. Fraunhofer erforscht außerdem das Sonnenlicht und andere Lichtquellen. Joseph von Fraunhofer stirbt 1826 an Lungentuberkulose.