19 Jul Laserschweißen für die integrierte Photonik
Ein Forscherteam vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM hat es sich zur Aufgabe gemacht, Glas-Glas-Verbindungen einfacher, robuster und langlebiger aufzubauen. Solche Verbindungen werden in der Optik bereits genutzt, jedoch weisen konventionelle Lösungen einen erheblichen Nachteil auf: die diskreten optischen Bauteile werden überwiegend mit einem Klebstoff verbunden. Durch die Weichheit des Klebstoffs kann sich die Position des Bauteils über die Zeit ändern, zudem stellt er eine Störstelle zwischen den beiden Glasschichten dar, die eine Dämpfung des Signals verursachen und nach Alterung des Klebstoffs brüchig werden kann. Die Langzeitstabilität ist daher oft kritisch. Um diese Nachteile der Verbindungstechnik zu umgehen, haben die Forschenden im Rahmen des Projekts Picweld einen Prozess des CO2-Laserschweißens entwickelt und realisieren damit erstmals eine direkte, thermisch robuste und transparente Glas-Glas-Verbindung.
Industrieller Einsatz möglich
Um das Laserschweißen für zuverlässige Quarzglasverbindungen jedoch nicht nur experimentell durchzuführen, sondern es einen Schritt näher an die Industrialisierung und hohe Skalierbarkeit zu bringen, wurde eine automatisierte Prozessanlage entwickelt und hergestellt. Die entstandene Anlage ermöglicht eine im Interface klebstofffreie und polarisationserhaltende, hocheffiziente Kopplung zwischen optischen Quarzglas-Fasern und Quarzglas-PICs mit integrierten Wellenleitern. Die mit thermischer Prozessüberwachung bis 1300 °C, einem bis auf 1 µm genauen Positioniersystem, Bilderkennungsverfahren sowie einer Steuerungssoftware ausgestattete Anlage schweißte bereits im Laufe des Projekts erste Verbindungen, so dass die Funktionsfähigkeit getestet und erste prozessorientierte Messungen durchgeführt wurden.
Übergangslos ergaben sich 2021 erste Folgeprojekte, in denen die neue Technologie zum Faserkoppeln von Kollimatoren, Wellenleiterchips und Multilinsenarrays genutzt wurde. „Mit unserer Anlage zum CO2-Laserschweißen haben wir das bisherige Verfahrensprinzip erweitert: Besonders das hohe Automatisierungspotenzial ermöglicht Kunden, PICs mit höchster Kopplungseffizienz zu verwenden“, erklärt die Projektleiterin am Fraunhofer IZM, Dr. Alethea Vanessa Zamora Gómez. In der Industrie integriert, bedeute das einen Sprung für die Anwendungsbereiche der Biophotonik, aber auch Quantenkommunikation und Hochleistungsphotonik, ergänzt Gómez.
Der Beitrag des Fraunhofer IZM im Projekt Picweld wurde gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit dem Förderkennzeichen: 01QE1744C. Es gehört zum Eurostars-Programm (11324), in dessen Rahmen eine Zusammenarbeit mit Lionix International, Phix Photonics Assembly und Ficontec Service erfolgt ist.
Quelle und Bild: www.izm.fraunhofer.de
