MMA(q)opt - Mikrospiegelarrays zur Erzeugung mikrooptischer Elemente für die (quanten-) optische Datenübertragung

© Laserinstitut Hochschule Mittweida
Fork-Gitter

Angesichts der fortschreitenden Digitalisierung und der Entwicklung von Quantentechnologien wächst der Bedarf an hochpräzisen Mikrooptikbauteilen, insbesondere für die optische Datenübertragung. Allerdings stoßen bestehende Fertigungsmethoden zunehmend an ihre Grenzen. Um diesen steigenden Anforderungen gerecht zu werden, wird eine speziell entwickelte Matrix aus individuell steuerbaren Mikrospiegeln erprobt und optimiert. Diese Technologie könnte es ermöglichen, Mikrooptiken in Gläsern und optischen Kristallen mit hoher Flexibilität, Präzision und Geschwindigkeit herzustellen.

Durch die Kombination aus Anpassungsfähigkeit und Geschwindigkeit des Verfahrens wäre eine individualisierte und gleichzeitig skalierbare Massenfertigung mikrooptischer Bauteile realisierbar – ein entscheidender Schritt in Richtung industrieller Anwendung. Ein unmittelbares Einsatzfeld für die so erzeugten Strukturen ist ein innovatives Datenübertragungsmodul, das auf der Modulation des Bahndrehimpulses optischer Signale basiert. Langfristig könnte dies die Kapazität optischer Übertragungskanäle erheblich steigern und somit die Datenrate in optischen Netzwerken deutlich erhöhen. Darüber hinaus ließe sich die Technologie auch zur Herstellung hochpräziser Mikrooptiken für neue quantenoptische Anwendungen nutzen.

Das Projekt wird vom BMBF im Rahmen des Programms „Validierung des technologischen und gesellschaftlichen Innovationspotentials wissenschaftlicher Forschung – VIP+“ über einen Zeitraum von drei Jahren gefördert.

Flächenlichtmodulatoren

© Fraunhofer IPMS
Flächenlichtmodulator mit einem Megapixel.
© Fraunhofer IPMS
REM-Aufnahme von 16 × 16 μm großen Mikrospiegeln.

Die am Fraunhofer IPMS entwickelten Flächenlichtmodulatoren bestehen aus Arrays von Mikrospiegeln auf Halbleiterchips, wobei die Anzahl der Spiegel je nach Anwendung von einigen hundert bis zu mehreren Millionen variiert. Dies erfordert in den meisten Fällen eine hochintegrierte anwendungsspezifische elektronische Schaltung (ASIC) als Basis für die Bauteilarchitektur, um eine individuelle analoge Auslenkung jedes Mikrospiegels zu ermöglichen. Darüber hinaus entwickelt das Fraunhofer IPMS die Elektronik und Software zur Steuerung des Spiegelarrays. Die einzelnen Spiegel können je nach Anwendung gekippt oder vertikal ausgelenkt werden, so dass ein Oberflächenmuster entsteht, um zum Beispiel definierte Strukturen abzubilden. Hochauflösende Kippspiegelarrays mit bis zu 2,2 Millionen Einzelspiegeln werden von unseren Kunden als hochdynamische programmierbare Masken für die optische Mikrolithographie im ultravioletten Spektralbereich eingesetzt. Die Spiegelabmessungen sind 10 μm oder größer. Durch Kippen der Mikrospiegel wird die Strukturinformation mit hoher Bildrate auf einen hochauflösenden Fotoresist übertragen. Weitere Einsatzgebiete sind die Halbleiterinspektion und Messtechnik sowie perspektivisch Laserdruck, Markierung und Materialbearbeitung.

Senkspiegel-Arrays können zum Beispiel zur Wellenfrontkontrolle in adaptiven optischen Systemen eingesetzt werden. Diese Systeme können Wellenfrontstörungen in weiten Spektralbereichen korrigieren und dadurch die Bildqualität verbessern. Im Vergleich zu alternativen flüssigkristallbasierten Technologien ermöglichen Mikrospiegel deutlich höhere Modulationsfrequenzen. Die Fähigkeiten der Bauteile finden besonderes Interesse in den Bereichen Holografie, Astronomie und Mikroskopie sowie in der räumlichen und zeitlichen Laserstrahl- und Pulsformung.

Structured illumination for microscopy

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Structured illumination for microscopy developed by Fraunhofer IPMS.

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Komponenten & Systeme

Flächenlichtmodulatoren