30 Juli Spiegelchips für jede Aufgabe
Die Flächenlichtmodulatoren des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS bestehen aus mehreren Millionen, individuell ansteuerbaren Spiegeln auf einem Halbleiterchip. Flächenlichtmodulatoren bilden optische Schlüsselkomponenten für verschiedenste Anwendungsbereiche und sind hochvariabel verwendbar. Die Mikrospiegel können je nach Anwendung über eine oder zwei Achsen gekippt oder horizontal abgesenkt werden. Dadurch können sie Licht in seiner Richtung, Intensität oder Phase steuern und manipulieren, sodass passgenaue Lichtmuster entstehen. Die normalerweise auf Ein-Achsen-Kippspiegeln basierenden Systeme wurden nun um Senkspiegel als neuer Aktuatorentyp erweitert, berichtet das Fraunhofer IPMS. Mit der Implementierung von Senkspiegeln in eine erste Version eines Evaluation-Kits soll nun ein großer Teil des Portfolios an Mikrospiegelarrays auf einer einzigen, zentralen Plattform getestet werden können.
Universelle Technologie zur Lichtsteuerung
Nach Angaben der Entwicklerinnen und Entwickler sind die Anwendungen sehr vielfältig. In der Mikroskopie beispielsweise werden Ein-Achsen-Kippspiegelarrays verwendet, um Proben selektiv zu beleuchten. In der Halbleiterindustrie und speziell der Mikrolithografie werden die Modulatoren für den tiefen Ultraviolettbereich verwendet: Die analog ansteuerbaren Spiegelarrays verbessern hier die Performance von Mask Writing Tools. Mit um Zwei-Achsen kippbaren Spiegelarrays kann zudem eine präzise Umverteilung von einfallendem Laserlicht mit minimalen Intensitätsverlusten realisiert werden. Sie werden beispielsweise in der Materialbearbeitung eingesetzt.
Senkspiegelarrays wiederum sind in der Lage, präzise Phasenmodulationen umzusetzen, was unter anderem der Erzeugung von 3-D-Holografie-Bildern dient. Sie gelten als vielversprechende Schlüsselkomponente für 3-D-Head-up-Displays. Diese 3-D-Displays erzeugen ein reales Hologramm im dreidimensionalen Raum, im Gegensatz zu bisherigen 2-D-Modulationen, die durch visuelle Spezialeffekte einen Tiefeneffekt erzeugen. Die präzise Phasenmodulation ist auch für weitere Anwendungsfelder wie der adaptiven Optik in der Astronomie, in der Medizintechnik oder die Erzeugung von optischen Fallen für das Quantencomputing von großer Relevanz. „Unsere Kits ermöglichen Anwendern und Entwicklern die Flächenlichtmodulatoren auf einer zentralen Plattform zu testen“, erklärt Dr. Michael Wagner vom Fraunhofer IPMS.
Abhängig vom Spiegeltyp und dem Systemaufbau lassen sich die Evaluation-Kits vom ultravioletten Spektralbereich über den sichtbaren Bereich bis ins nahe Infrarot verwenden. Bild: Fraunhofer IPMS
Evaluation Kits des Fraunhofer IPMS
Abhängig vom Spiegeltyp und dem Systemaufbau lassen sich die Evaluation-Kits vom ultravioletten Spektralbereich über den sichtbaren Bereich bis ins nahe Infrarot verwenden. Die Forschenden arbeiten derzeit zudem daran, dass auch der kurzwellige Deep-UV-Wellenlängenbereich, in dem bereits andere Flächenlichtmodulator-Plattformen des IPMS zum Einsatz kommen, durch das zentrale System bedient werden kann. Denn im ultravioletten Bereich können kleinere Details aufgelöst werden, wodurch detailreiche und hochpräzise Abbildungen möglich sind. Die fortschrittliche Steuerelektronik des Evaluation-Kits ermöglicht zudem sehr hohe Modulationsfrequenzen bis in den Kilohertz-Bereich hinein. „Meist wird die Modulationsfrequenz eines Mikrospiegelarrays durch die Ansteuerung begrenzt, nicht durch die Eigenschaften der Chips selbst. Ein leistungsstarkes Setup kann hier die volle Leistungsfähigkeit ausschöpfen“, sagt Wissenschaftler Mario Nitzsche. Eine hohe Performance erreichen die Evaluation-Kits auch durch eine nanometergenaue Kalibrierung der Mikrospiegel, die eine präzise und hochaufgelöste analoge (quasi-kontinuierliche) Senk- oder Kippbewegung sicherstellt. Das vollständige Evaluation-Kit umfasst neben der Ansteuerelektronik auch einen 64-k-Mikrospiegelchip (256 x 256 Pixel) sowie Software und Support zur Integration des Kits und zum optimalen Betrieb.
Quelle und Bild: www.ipms.fraunhofer.de