Erbium
Erbium
Was ist Erbium?
Erbium (chemisches Symbol Er) ist ein seltenerdmetallisches Element aus der Gruppe der Lanthanide. Es besitzt die Ordnungszahl 68 und ist ein silbrig glänzendes, weiches Metall. In reiner Form oxidiert es an der Luft leicht und wird meist in geschützter Umgebung aufbewahrt. Der Name leitet sich – wie bei Ytterbium – vom schwedischen Ort Ytterby ab, wo das Element entdeckt wurde.[1]
Physikalische Eigenschaften
- Symbol: Er
- Ordnungszahl: 68
- Atommasse: ca. 167,26 u
- Schmelzpunkt: ca. 1529 °C
- Siedepunkt: ca. 2868 °C
- Dichte: ca. 9,07 g/cm³
Erbium ist stabil, nicht radioaktiv und gehört zu den sogenannten Seltenerdmetallen. Es wird oft als Dotierstoff in Glas verwendet, um spezielle optische Eigenschaften zu erzeugen.[1]
Erbium in der Lasertechnik
Erbium spielt eine zentrale Rolle in der Glasfasertechnik. Wenn man eine Glasfaser mit Erbium-Ionen dotiert (mit winzigen Mengen des Elements versieht), entsteht eine sogenannte erbium-dotierte Faser. Diese kann Licht bei einer Wellenlänge von etwa 1550 nm verstärken – also genau dort, wo herkömmliche Glasfasern besonders verlustarm sind.[3]
Damit ist Erbium das Schlüsselelement für moderne Telekommunikationsnetze und Internetverbindungen über Glasfaser.[2]
Wie funktioniert das?
In einer aktive-faser mit Erbium werden Elektronen der Erbium-Ionen durch Pumplaser (meist 980 nm oder 1480 nm) auf ein höheres Energieniveau gebracht. Wenn sie zurückfallen, geben sie diese Energie als Licht bei 1550 nm wieder ab. Dieses Licht kann in einer Glasfaser verstärkt werden, wenn es zwischen Spiegeln reflektiert wird – so entsteht ein Laser. Wird das Signal einfach nur durchgeschickt, spricht man von einem [[EDFA]] (Erbium Doped Fiber Amplifier).[3]
Was macht Erbium so besonders?
- Verlustarmes Fenster: 1550 nm ist die Wellenlänge, bei der Glasfasern das Licht fast ohne Dämpfung leiten können.
- Direkt nutzbar für Telekom: Die Signale im Internet laufen genau in diesem Bereich – daher perfekt für Verstärker.
- Stabil und langlebig: Erbium-dotierte Verstärker benötigen kaum Wartung und laufen über Jahre stabil.
- Rauscharme Verstärkung: Ideal für lange Glasfaserstrecken über viele Kilometer.
Ohne Erbium gäbe es keine effizienten Langstrecken-Verbindungen im Glasfasernetz.[2]
Erbium im Vergleich zu Ytterbium
Erbium und Ytterbium sind verwandte Elemente, werden aber für unterschiedliche Zwecke genutzt:
- Erbium: arbeitet bei 1550 nm → ideal für Glasfaserkommunikation (Telekom, Internet).
- Ytterbium: arbeitet bei 1030–1100 nm → ideal für Faserlaser in der Industrie (Metallbearbeitung).
- Manchmal werden beide kombiniert (Er/Yb-Fasern), um Ytterbium als effiziente Pumpphase für Erbium zu nutzen – so entstehen leistungsstärkere EDFAs.[3]
Anwendungen von Erbium
- Telekommunikation: [[EDFA]]-Verstärker in Glasfasernetzen (Internet, Mobilfunk, TV).
- Medizinische Laser: Er:YAG-Laser (2940 nm) für Zahnmedizin, Dermatologie und Chirurgie – absorbiert stark in Wasser, ideal für Gewebeabtrag.
- Optische Forschung: Verstärker und Laserquellen in Laboren.
Damit ist Erbium eines der vielseitigsten Elemente in der modernen Optik.[4]
Erbium in der Medizin
Ein Er:YAG-Laser (Erbium dotiert mit Yttrium-Aluminium-Granat) sendet Licht bei 2940 nm aus – einer Wellenlänge, die besonders gut von Wasser absorbiert wird. Dadurch kann dieser Laser Gewebe verdampfen, ohne tiefe Schichten zu beschädigen. Er wird in der Zahnmedizin, Dermatologie und Augenchirurgie eingesetzt.[5]
Sicherheit & Umweltaspekte
Erbium ist nicht giftig und nicht radioaktiv. In metallischer Form sollte es aber nicht mit Wasser reagieren (kann Wasserstoff freisetzen). In Glas oder Kristallen gebunden, wie bei Lasern, ist es völlig ungefährlich. Recycling ist möglich, aber aufwendig, da Erbium meist nur in geringen Mengen in Bauteilen vorkommt.[1]
Zusammenfassung für Einsteiger
Erbium ist ein seltener, aber wichtiger Baustoff der modernen Kommunikation. Es sorgt dafür, dass Signale in Glasfasern über große Entfernungen ohne Qualitätsverlust übertragen werden können. In der Lasertechnik ermöglicht es zudem präzise medizinische Anwendungen. Man kann sagen: Erbium ist das Element, das das Internet leuchten lässt.[2]
