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Nominee 2026
3D-Druck auf der Nanoskala
(f.l.t.r.) Dr.-Ing. Philipp Dietrich, Prof. Dr.-Ing. Christian Koos, Dr.-Ing. Matthias Lauermann
This is where the work of Prof. Christian Koos, Dr. Philipp Dietrich, Dr. Matthias Lauermann, and their teams from Karlsruhe comes in. Together, they have developed an innovative manufacturing technology that enables the cost-effective production and industrial quality testing of high-performance photonic chips on a large scale. These chips transmit information not with electrical signals, but with light sent through optical fibers. This technology is made possible by high-resolution 3D printing processes at the nanoscale, which allow optical structures to be fabricated directly onto chips and optical fibers. These processes are extremely precise, capable of producing a wide variety of three-dimensional shapes, and fully automated—ideal for highly scalable manufacturing processes. Building on this, the research and development teams developed a method for testing photonic microchips during the manufacturing process. Together, these two advancements make a decisive contribution to enabling the large-scale deployment of optical data transmission.
To understand the significance of this development, it’s worth taking a look at the technology behind the innovation: photonics. In conventional computer chips, information is transmitted as electrical signals. Photonic systems, on the other hand, use light for this purpose. This offers significant advantages, as light can transmit much larger amounts of data with significantly lower transmission losses and correspondingly lower energy consumption—a crucial factor for the performance and scalability of modern data centers. For years, photonics has therefore been regarded as a key technology for future high-performance computers. However, there has been one hurdle on the path to widespread use of photonic microchips: the transition from the chip to the outside world—that is, to other chips or to optical fibers. Even minute misalignments of the components can disrupt the transmission of light. To prevent this, optical fibers and chips must be adjusted using high-precision positioning systems on the sub-micrometer scale until the optimal alignment is achieved. Only then can they be permanently connected to one another. This process is time-consuming and costly and is rather unsuitable for high-volume production.
More Details
Resume
Prof. Dr.-Ing. Christian Koos
13.04.1978
Geboren in Heilbronn
1997 – 2002
Studium der Elektrotechnik und Informationstechnik an der Universität Karlsruhe (TH)
Abschluss als Diplomingenieur (Dipl.-Ing.), Schwerpunkt: Optische Nachrichtentechnik2001 – 2002
Diplomarbeit in der „Ultrafast Optics“ Group am Massachusetts Institute of Technology (MIT), USA
2002 – 2007
Promotion am Institut für Hochfrequenztechnik und Quantenelektronik (IHQ) der Universität Karlsruhe (TH) zum Dr.-Ing.
Thema: „Nanophotonic Devices for Linear and Nonlinear Optical Signal Processing“2008 – 2010
Leiter der Technologieradare „Advanced Nanotools“ und „Metrology“ bei der Carl Zeiss AG, Oberkochen
Seit 2010
Professur (W3) für Photonik und Teratronik
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)Seit 2013
Leiter des Instituts für Photonik und Quantenelektronik (IPQ) sowie Mitglied der Leitung des Instituts für Mikrostrukturtechnik (IMT) am KIT
Seit 2018
Wissenschaftlicher Sprecher des „Karlsruhe Center of Optics & Photonics“ (KCOP)
2025
Gastwissenschaftler bei Nubis Communications, New Providence (NJ), USA (Forschungssemester in der Industrie)
Stipendien
Studienstiftung des deutschen Volkes, Deutsch-Amerikanische Fulbright-Kommission,
DaimlerChrysler Stipendiatenprogramm Forschung und Technologie, Dr.-Jürgen-Ulderup-Stiftung
Mitgliedschaften
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), Optica (bis 2021 „The Optical Society“, OSA),
DGaO (Deutsche Gesellschaft für angewandte Optik), VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V.)
Ehrungen und Auszeichnungen
2007
Südwestmetall-Förderpreis
2011
ERC Starting Grant („EnTeraPIC“)
2012
Alfried Krupp-Förderpreis für junge Hochschullehrer
2017
ERC Consolidator Grant („TeraSHAPE“)
2014
Landesforschungspreis Baden-Württemberg
2017
ERC Consolidator Grant („TeraSHAPE“)
2017
Gips-Schüle-Forschungspreis
2018
Berthold Leibinger Innovationspreis (2. Preis)
2020
Falling Walls 2020 – Selected as one of the top ten in „Engineering and Technology“
2024
ERC Synergy Grant („Athens“), Koordinator
2025
Karl Heinz Beckurts-Preis
Ausgründungen
Vanguard Photonics GmbH / Vanguard Automation GmbH (2016/2017), SilOriX GmbH (2021),
Deeplight SA & Deeplight GmbH (2021), Luxtelligence SA (2022), Keystone Photonics GmbH (2023),
Teragear GmbH (2024)
Patente
Mehr als 40 Patentfamilien und Patentanmeldungen
Publikationen
Autor/Co‑Autor von mehr als 160 Publikationen in wissenschaftlichen Fachzeitschriften; Autor/Co‑Autor von mehr als 320 Publikationen in Konferenzbeiträgen mit Peer Review; Autor/Co‑Autor von mehr als 430 Vorträgen und Konferenzpräsentationen
Dr.-Ing. Philipp Dietrich
04.06.1989
Geboren in Mainz
2008 – 2014
Studium der Physik an der Eberhard Karls Universität Tübingen
Abschluss als Diplomphysiker, Schwerpunkt: Mikrostrukturtechnik2014 – 2021
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Promotion als Dr.-Ing. zum Thema „Functional Photonic Structures Fabricated by 3D Laser Lithography“2016
Mitgründer der Firma Vanguard Automation GmbH, 2024 Verkauf an Mycronic
2021 – 2025
Technology Fellow bei Keystone Photonics
2024
Gründer der Firma Keystone Photonics GmbH, 2025 Verkauf an Formfactor
2024 – heute
CEO bei Keystone Photonics, ab 2026 als Sr. Director bei Formfactor
Stipendien
2010 – 2014
Dr. Johannes HEIDENHAIN Stipendium
2015
IBM PhD Fellowship
Ehrungen und Auszeichnungen
2018
2. Platz Berthold Leibinger Innovationspreis
Patente
Patentanmeldungen in mehr als 10 Patentfamilien
Publikationen
Autor/Mitautor von mehr als 40 Veröffentlichungen in wissenschaftlichen Zeitschriften und begutachteten Tagungsbänden
Dr.-Ing. Matthias Lauermann
28.10.1984
Geboren in Schwäbisch Hall, Deutschland
2004 – 2012
Studium der Elektrotechnik und Informationstechnik am Karlsruher Institut für Technologie
Abschluss als Diplomingenieur, Schwerpunkt: Integrierte Optik2012 – 2015
Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Promotionsstudent am Institut für Photonik und Quantenelektronik des Karlsruher Instituts für Technologie
2017
Promotion zum Doktor der Ingenieurwissenschaften (Dr.-Ing.) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zum Thema „Silizium-organische Hybridbauelemente für die elektrooptische Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung“
2015 – 2017
Senior Development Engineer in der Abteilung für High-Speed Test & Characterization bei Infinera Co. (jetzt Nokia), Sunnyvale, CA, USA
2017 – 2019
Senior Development Engineer bei Vanguard Photonics GmbH
2019 – 2022
Head of System Engineering bei Vanguard Automation GmbH
2022 – 2025
Head of RnD bei Vanguard Automation GmbH
Seit 2025
Technology Fellow bei Vanguard Automation GmbH
Stipendien
Stipendium der Helmholtz International Research School for Teratronics (HIRST)
Ehrungen und Auszeichnungen
2014
Honorable Mention, Maiman Outstanding Student Paper Competition (CLEO)
2025
Ausgewählt in die Photonics100 2026
Patente
7 Patentfamilien und Patentanmeldungen
Publikationen
Autor/Co‑Autor von mehr als 100 Publikationen in wissenschaftlichen Fachzeitschriften und in Peer‑reviewten Konferenzbeiträgen
Contact
Coordination and Press
Christian Könemann
Pressesprecher
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12
76131 Karlsruhe
Phone: +49 (0) 721 / 60 84 11 90
E-Mail: hristian.koenemann@kit.edu
Web: www.kit.edu
Spokesperson
Prof. Dr. Christian Koos
Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Photonik und Quantenelektronik
Engesserstr. 5
76131 Karlsruhe
Phone: +49 (0) 721 / 60 84 24 91
E-Mail: christian.koos@kit.edu
Web: www.kit.edu
A description provided by the institutes and companies regarding their nominated projects
3D-Druck auf der Nanoskala – Photonische Mikrochips und Lichtbrücken für die digitale Zukunft
Der selbstverständliche Zugang zu Information und die effiziente Verarbeitung großer Datenmengen sind zu zentralen technischen Grundlagen moderner Gesellschaften geworden. Diese Entwicklung spiegelt sich in globalen Megatrends wider: Künstliche Intelligenz (KI) ist dabei, Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft in beispielloser Tiefe zu verändern und wächst derzeit schneller als jede bisherige Entwicklung in der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT). Parallel dazu vernetzt das Internet der Dinge (IoT) die physische und digitale Welt mit bislang unerreichter Dichte. Milliarden intelligenter Geräte erfassen, teilen und nutzen Daten in Echtzeit und ermöglichen neue Formen von Effizienz, Transparenz und Automatisierung.
Obwohl diese Entwicklungen noch am Anfang stehen, stößt die zugrundeliegende technische Infrastruktur bereits an ihre Grenzen – insbesondere bei der Übertragung der gewaltigen Datenmengen, die die Grundlage massiv paralleler Verarbeitung in Hochleistungs-Datenzentren und KI-Clustern bilden. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, werden Daten zunehmend optisch übertragen – mit Licht statt mit elektrischen Signalen. Photonische integrierte Schaltungen (engl. Photonic Integrated Circuits, PIC) auf optischen Mikrochips stellen hierfür eine Schlüsseltechnologie dar: Analog zu elektronischen Mikrochips kombinieren sie eine Vielzahl von Bauelementen zum Senden und Empfangen von Lichtsignalen auf kleinstem Raum und verbinden damit hohe Funktionalität mit außerordentlicher Skalierbarkeit. Die Fertigung der photonischen Mikrochips selbst erfolgt dabei hochgradig parallel auf großen Halbleiterscheiben, sog. Wafern, und funktioniert bereits heute zuverlässig und in großem Maßstab. Der Flaschenhals bei der effizienten Massenfertigung entsprechender optischer Sender- und Empfängersysteme liegt jedoch in den nachgelagerten Schritten, insbesondere in der Aufbau- und Verbindungstechnik sowie dem Testen der fertigen Chips, die bislang häufig manuell und wenig automatisiert ablaufen.
Den Teams um Prof. Christian Koos, Dr. Philipp Dietrich und Dr. Matthias Lauermann ist es gelungen, mit ihrer Arbeit am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und in den beiden Ausgründungen Vanguard Automation GmbH und Keystone Photonics GmbH gleich zwei zentrale Herausforderungen der integrierten Optik auf einmal zu lösen: Das effiziente Testen optischer Schaltkreise auf Wafer-Ebene sowie den skalierbaren und flexiblen Aufbau leistungsfähiger optischer Systeme aus einzelnen Mikrochips mithilfe einer weitgehend automatisierten Verbindungstechnik.
Dazu werden hochauflösende 3D-Druckverfahren gezielt auf die integrierte Optik angewendet, um funktionale optische Strukturen direkt auf Chips und an Glasfasern herzustellen – mit Auflösungen von deutlich weniger als einem Mikrometer und einer Präzision im Nanometerbereich. Diese Druckverfahren nutzen ihrerseits wieder Licht als Werkzeug – ein fokussierter Strahl eines Femtosekundenlasers löst in einem lichtempfindlichen Material durch das Zusammenwirken mehrerer Photonen eine stark lokalisierte chemische Vernetzungsreaktion aus, die auch als Multiphotonen-Polymerisation bezeichnet wird. So entstehen frei geformte Lichtwellenleiter zwischen optischen Mikrochips oder zwischen Chips und Glasfasern, die in Anlehnung an die Aufbau- und Verbindungstechnik der Mikroelektronik auch als photonische Wirebonds bezeichnet werden. Die Form dieser 3D-gedruckten Verbindungen wird durch geeignete Algorithmen direkt an die zuvor gemessene Position der jeweiligen Bauteile angepasst, sodass eine aufwendige, präzise Justage überflüssig wird. In ähnlicher Weise lassen sich auch winzige Linsen direkt dort auf die Chips drucken, wo das Licht ein- und austritt und damit eine besonders verlustarme optische Kopplung erreichen – auch hier ist der entscheidende Vorteil, dass sich diese Strukturen mit extremer Präzision ausrichten und formen lassen.
Damit diese Technologie zuverlässig in der industriellen Praxis funktioniert, mussten aufbauend auf den am KIT erarbeiteten Grundlagen passende Maschinen und zuverlässige Prozesse entwickelt werden, die den Druckvorgang reproduzierbar und in großem Maßstab beherrschbar machen. Diese Aufgabe übernahm die Ausgründung Vanguard Automation GmbH – aus einem vielversprechenden Laborverfahren wurde damit eine industrielle Maschinen- und Prozessbasis, die die Grundlage neuartiger Multi-Chip-Systeme in der integrierten Optik bildet. Auf dieser Basis lassen sich insbesondere unterschiedliche Materialien effizient zu kompakten und leistungsfähigen Modulen kombinieren, statt sich auf ein einzelnes Materialsystem beschränken zu müssen.
Das Innovationspotenzial der Technologie ist allerdings nicht auf die optische Aufbau- und Verbindungstechnik beschränkt. So nutzte das Team die Möglichkeiten des Ansatzes gezielt, um ein weiteres, bislang offenes Problem der integrierten Optik zu lösen: Das effiziente Testen photonischer Schaltkreise auf Wafer-Ebene. Das grundlegende Problem: Optoelektronische Sender- und Empfängersysteme bestehen oft aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten – und werden komplett unbrauchbar, wenn auch nur ein einziges fehlerhaftes Bauteil verbaut wird. Bislang war es jedoch kaum möglich, optische Bauteile schon während der Fertigung auf Wafer-Ebene zu prüfen und defekte Komponenten frühzeitig auszusortieren, weil die empfindlichen Wellenleiterfacetten von optischen Schaltungen meist erst nach der Vereinzelung der Chips zugänglich sind.
Die Ausgründung Keystone Photonics GmbH hat hier einen ganz neuen Weg gefunden: Das Team nutzt die erarbeiteten Druckverfahren, um spezielle optische Messsonden mit optischen Freiformstrukturen herzustellen, die Licht in sonst nicht zugängliche Komponenten effizient ein- und auskoppeln. Damit lassen sich optische Mikrochips erstmals zuverlässig und in großem Maßstab auf Wafer-Ebene testen, fehlerhafte Bauteile frühzeitig aussortieren und so Kosten und Ressourcen sparen. Der Ansatz hat sich mittlerweile als ein zentraler Prozess innerhalb der Fertigungskette optoelektronischer Sender und Empfänger für KI-Cluster etabliert – eine wesentliche Voraussetzung dafür, solche Systeme überhaupt erst wirtschaftlich in großen Stückzahlen fertigen zu können.
Die Zukunftsaussichten sind glänzend: Die Technologien von Vanguard und Keystone treffen auf einen rapide wachsenden Markt, der insbesondere durch den Ausbau globaler KI-Infrastruktur getrieben wird, und eröffnen damit enormes wirtschaftliches Potenzial. Abgesichert werden die Innovationen durch ein immer weiterwachsendes Patentportfolio von mehr als 20 Patentfamilien, das sowohl grundlegende Verfahren als auch industrielle Prozess- und Systemtechnologien abdeckt. Das außerordentliche Potenzial wurde bereits erkannt: Beide Ausgründungen wurden mittlerweile von international führenden Konzernen übernommen, die die fokussierte Weiterentwicklung der Technologien als festen Bestandteil weltweiter Wertschöpfungsketten sicherstellen. So ist die Vanguard Automation GmbH heute Teil des schwedischen Konzerns Mycronic, einem international etablierten Hersteller von Produktionslösungen für die Elektronikindustrie, und die Keystone Photonics GmbH wurde durch FormFactor übernommen, einem international führenden Anbieter für Test- und Messtechnik in der Halbleiterindustrie. Die Einbettung in global etablierte Vertriebs- und Servicestrukturen ist eine entscheidende Voraussetzung dafür, dass sich die Ausgründungen mit ihren disruptiven Technologien schnell in den stark umkämpften internationalen Wertschöpfungsketten der KI-Industrie etablieren konnten und sich dort auch langfristig behaupten können. Die Kernkompetenz, Entwicklung und Fertigung bleiben dabei auch in Zukunft an den Standorten in Karlsruhe verankert und wachsen weiter: Schon heute sind insgesamt mehr als 70 hochqualifizierte Arbeitsplätze in der integrierten Photonik entstanden, mittelfristig wird ein Ausbau auf mehr als 200 Stellen erwartet.
Die Innovation profitiert dabei maßgeblich vom starken lokalen Innovationsumfeld rund um das KIT – und stärkt dieses Umfeld zugleich durch neue, hochqualifizierte Arbeitsplätze im Hochtechnologiebereich. Damit konnten beide Ausgründungen zugleich den Grundstein für ein lokales industrielles Ökosystem im Bereich der integrierten Optik legen, auf dessen Basis sich zukünftig weitere Innovationen aufbauen lassen.
Die Teams um Christian Koos, Philipp Dietrich und Matthias Lauermann haben neue technische Verfahren und Konzepte etabliert, mit denen sich optische Chips wesentlich effizienter und besser testen und verbinden lassen. Damit können leistungsfähige optische Systeme für Datennetze, Rechenzentren und Künstliche Intelligenz schneller, zuverlässiger und kostengünstiger entstehen als bislang – ein Ergebnis von Forschung und Innovation, die auch im globalen Maßstab einzigartig ist und einen Beitrag zur Stärkung des Wirtschaftsstandorts Deutschland leistet.
