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Ferdinand BammerTU Wien
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Photonics Radio Der LP.PRO-Podcast für Lasertechnik + Photonik Moderator | Dr. Matthias Laasch lppro.felchner-medien.de
OPTIK IST UNSERE ZUKUNFT Edmund Optics® Ihr Partner für Quantenoptik • Große Auswahl an optischen Kompo- nenten direkt ab Lager verfügbar • Strahlteilerwürfel, Verzögerungsplat- ten, Linsen und mehr • Optiken ideal für Ionenfallen, neu- trale Atome & photonische Quanten- computer • Anwendungs spezifische Wellen- längenoptionen vom UV bis zum NIR • Produkt- & Anwendungssupport 24/7 Entdecken Sie unseren Online-Shop: www.edmundoptics.de Besuchen Sie uns am Stand #A10B +49 0 6131 5700 0 sales@edmundoptics.de EDITORIAL Inline-Photonik: Vom Labor ans Band Photonik tritt in eine neue Reifephase. Was gestern noch als sensibler Aufbau eine geschützte Laborumgebung brauchte, steht heute als robus- tes Industrieprodukt am Band. Zum Beispiel hier (ab Seite 6): Forscher der TU Wien haben ihre Ellipsometrie zur Schichtdickenkontrolle Inline- tauglich gemacht. Von PET-Flaschen über Batterien bis zu OLED-Dis- plays wird sie künftig Inspektionsaufgaben in der Produktion erfüllen. Mit der fünften Ausgabe des Jahres präsentieren wir auch zum fünften Mal unsere LP.PRO-Jubiläumsrubrik. Unter dem Leitmotiv ‚FUTURE PHOTONICS‘ rücken wir ab Seite 35 besonders zukunfts- trächtige Innovationen ins Licht: • Auf dem Gebiet der Ultrakurzpulslaser fordert die Synchronisation von Strahlquellen mitunter eine Präzision auf der Subfemtosekunden- Skala. Synchronisationssysteme scheitern dabei an Signalrauschen und instabiler Umgebung. Der Beitrag von Burger Engineering zeigt, wie gemeinsam mit dem Desy-Spin-off Cycle sowie mit ultrarauscharmen Netzteilen eine Lösung entsteht, die ursprünglich für Teilchenbeschleu- niger gedacht war, inzwischen aber als Schlüsseltechnologie für Quan- tenrechner und ultraschnelle Datennetze diskutiert wird. • In Applikationen dieser Art ist die photonisch-elektronische Integ- ration auf engstem Raum gefragt. Etwa mit hybridem Bonding, doch die Technologie hat ihren Preis: Positioniersysteme müssen auf den Nanometer stabil bleiben und dennoch einen hohen Durchsatz schaf- fen. Anhand eines Sechsachsroboters demonstriert MKS, wie derartige Präzision im Serienprozess realisierbar ist. • Das spanische Halbleiterunternehmen KD setzt bei optischen Netzen für Fahrzeuge auf den Standard 25GBASE-AU. Er überwindet die Schwächen klassischer Normen: mehr Temperaturtoleranz, robustere Steckverbindungen, besseres Link-Budget. Damit wird optische Multi- gigabit-Kommunikation im Automotive-Segment alltagstauglich. • In ihren Grenzbereichen setzen optische Kommunikation, aber auch Zielverfolgung und Lasermaterialbearbeitung auf Sensoren mit hoher Empfindlichkeit bei sehr kleinem Dunkelstrom. Mit dem Vierquadran- tendetektor von ElFys stellt Schwarzes Silizium seine Fähigkeiten unter Beweis: für Anwendungen in Militär, Industrie und Wissenschaft. Eine industriereife Lektüre wünscht Ihnen Dr. Matthias Laasch Chefredakteur
Inhalt L E T I T 06 Industrielle Schichtkontrolle mit Polarisation und Ellipsometrie 26 LASERPROZESSTECHNIK Skalierbare Hybridtrocknung für eine effiziente Batteriezellproduktion MATERIALBEARBEITUNG 30 Laserschweißen von Batteriezellen im Sekundentakt 36 FUTURE PHOTONICS Rauscharme Netzteile in der hochpräzisen Lasersynchronisation 40 Optische Multigigabit-Kommunikation in Fahrzeugen 46 Hybrid Bonding – was Positioniersysteme leisten müssen 50 Fotometrie: Mehr Licht, mehr Präzision 54 DISPLAYTECHNIK LCD, OLED, Micro-LED – Teil 2: Versorgungskonzepte im Vergleich 30 LASERSCHWEISSEN Batteriefertigung stellt Optik auf die Probe 40 KOMMUNIKATION Neue Norm für optische Automotive-Netze NACHRICHTEN 12 Neue Standards für 3-D-Druck mit Pulvern 13 14 Messe W3+ Fair Jena wächst 15 ELS 2025: Beiträge ausgezeichnet Fraunhofer IPMS: 20 Jahre Halbleiterforschung FORSCHUNG & ENTWICKLUNG 16 Abstimmbarer IR-Laser ohne bewegliche Teile 19 Auf dem Weg zum globalen Quantennetzwerk 20 Molekül für künstliche Fotosynthese 21 Neue Legierung verzahnt Optik und Elektronik 22 Borophen lenkt Licht im Nanomaßstab 23 24 Atomare Spektren präziser messen Terahertzlicht in der Halbleitersteuerung s y F l E , s e g a m I y t t e G a i v e v i t a e r C / e b u c h s e m , D K , y r o t c a F n u B t e e w S / m o c . k c o t s i , . m o c e b o d a . k c o t s – y i k s v o n i l a K y i n e g v E © : r e d l i B
46 HYBRID BONDING Integrierte Schalt- kreise hochpräzise positionieren J E N A 2 4 . - 2 5 . 0 9. 2 0 2 5 50 SENSORIK Nanostruktur steigert Quanteneffizienz PRODUKTE 25 600 mm Arbeitsabstand in der automatisierten Inspektion 29 Terahertz-Dickenmessung für Prozessanwendungen 29 Hochleistungs-Laserdiodentreiber 34 Solarsimulatoren | BV-Software in neuer Version 35 Modensprungfreier Laser | Portable IR-Sichtgeräte 45 Longline-Lasermodul | Ungekühlte InGaAs-Sensoren 59 VisionLib mit AR-Tracking | Kit für 50+ MIPI-Kameras 65 9K-Zeilenkamera löst industrielle Präzisionsaufgaben RUBRIKEN 03 Editorial 60 Bezugsquellenverzeichnis 65 Partner dieser Ausgabe 66 Vorschau LP.PRO 06.2025 66 Impressum sales@fiberware.de fiberware.de
Industrielle Schichtkontrolle mit Polarisation und Ellipsometrie Beschichtungen präzise auf der Nanometerskala zu über wachen ist eine häufige Aufgabe industrieller Prozesse – von der Halbleiter- über die Batteriefertigung bis zur Herstellung von PET-Flaschen. Forschende der TU Wien bringen die Ellipsometrie aus dem Labor in die Produktionslinie; sie nutzen dafür Polarisationskameras mit hoher Auflösung und Bildrate. AUTOR Ferdinand Bammer | Forschungsgruppe Prozesstechnik, TU Wien L E T I T 06 , i n e W U T , m o c . e b o d a . k c o t s – y i k s v o n i l a K y i n e g v E © : r e d l i B k e t s V i - S V S , k i n h c e t s s e z o r P e p p u r g s g n u h c s r o F
07 Erste Anwender wollen die Ellipsometrie der TU Wien unter anderem für Messungen der Schichtdicke und -qualität bei PET-Flaschen nutzen
Polarisationssmessungen mit- hilfe von Bildverarbeitung haben sich bewährt: Mittels Transmissionsuntersuchun- gen und auf der Grundlage fotoelastischer Effekte lassen sich Span- nungszustände in transparenten Ma- terialien erkennen und beurteilen. Die Messungen erlauben beispielsweise das Prüfen nichtmetallischer transparen- ter oder reflektierender Materialien wie Wasser, Kunststoff oder Glas sowie die Kontrolle anspruchsvoller Oberflächen oder das Lesen von schwarzer Schrift auf schwarzem Grund – unter anderem in der Reifenproduktion eine herausfor- dernde Aufgabe. In der Pharmaindustrie eignen sich Bildverarbeitungssysteme mit Polarisationskameras besonders für die Blisterkontrolle – um fehlerhafte Tablet- tenverpackungen oder -bestückungen zu erkennen und auszusortieren. Reflexionsbasierte Ellipsometrie Ein relativ neues bildgebendes Ver- fahren ist das Thema der Forschungs- gruppe Prozesstechnik am Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien der TU Wien. Ferdi- nand Bammer, dort federführend für das Projekt zuständig, erläutert die Grundlagen wie folgt: „Im Gegensatz zur Transmissionstechnologie nut- zen wir Ellipsometrie, wir untersu- chen also Polarisationszustände des Lichts, das von Prüfobjekten reflek- tiert wird und erfassen die Intensitä- ten des reflektierten Lichts unter den linearen Polarisationswinkeln von 0°, 45°, 90° und 135°.“ Anhand der Ver- hältnisse der jeweiligen Intensitäten und mit einem geeigneten mathema- tischen Modell, sagt Bammer, lassen sich die Qualität und die Dicke von 08 Inline-Ellipsometriesysteme der TU Wien erlauben die zuverläs- sige Qualitätsprüfung an Beschichtungen, beispielsweise in Roll-to-Roll-Anlagen zur Inspektion von Elektrolytbe- schichtungen auf Kupferfolien
Polarisationskameras von SVS-Vistek, wie die GigE- Vision- Modelle Exo264ZGE und Exo250ZGE oder die USB3- Kameras Exo264ZU3, Exo250ZU3 und Exo253ZU3 bilden die Grundlage der Ellipso- metriesysteme der TU Wien 09 Schichten bestimmen. Um den Polarisati- onszustand vollständig zu erfassen, grei- fen die Forscher in die optische Trickkiste: Da die Umlaufrichtung der gemessenen Polarisationsellipse bei diesem Verfahren zunächst nicht feststellbar ist, nutzen sie eine zusätzliche Viertelwellenplatte, um die Intensitäten der 45°- und 135°-Li- near- und Links/rechts-Zirkularpolarisie- rung zu messen. „Aus diesen Intensitäten werden das 45°-Verhältnis R45 und das Zirkularverhältnis Rz gebildet“, erklärt Bammer. Diese beiden Kennzahlen beziehungs- weise die daraus direkt zu berechnenden klassischen Ellipsometriewinkel ψ und Δ sind sensitiv gegenüber der Dicke und op- tischen Konstante der Beschichtung. Das Verfahren ermöglicht somit eine zerstö- rungsfreie, bildbasierte Analyse im Sub- mikrometerbereich. Bammer: „Unser Ziel besteht darin, dieses im Labor funktio- nierende Verfahren so leistungsfähig und sicher zu machen, dass es auch in Inline- Anwendungen in der Industrie zum Ein- satz kommen kann.“ Industrielle Einsatzfelder und ihre Anforderungen Der Bedarf für solche Inline-Ellipsome- triesysteme ist vorhanden und wächst, sagt Bammer: In der Elektronikfer- tigung etwa ist es erforderlich, die Qualität dünner Schichten aus Halb- leitern, Metallen, Polymeren oder Dielektrika möglichst exakt zu ermit- teln, Dies gilt auch für die Herstellung von OLED-Displays, Brennstoffzellen- membranen, Batterieelektroden, Pho- tovoltaikkomponenten sowie in der Pharma-, Lebensmittel- und Getränke- industrie. „Durch ellipsometrische Messungen“, so Bammer, „kann dort beispielsweise sichergestellt werden, dass die Dicke der Innenbeschichtung in Kunststoff- und Glasbehältern alle Anforderungen erfüllt, um die ent- haltenen Produkte zu schützen und gleichzeitig zu garantieren, dass diese nicht ausdiffundieren.“ Wie genau solche Schichtdicken gemessen und beurteilt werden müs- sen, hängt von der Anwendung ab. Bei Barriereschichten in Flaschen und auf Folien, bei Gleitschichten in phar- mazeutischen Gebinden oder bei Pri- mern auf Blechen, die in Form von Haftschichten oder als Vorbehand- lung für eine bessere Anhaftung von Lacken genutzt werden, kann nach Bammers Worten eine Genau- igkeit von rund 10% der Schichtdi- > > > SVS-Vistek, Hersteller von Industrie- kameras, verfügt über mehr als 35 Jahre an Erfahrung in der industriellen Bildverarbeitung. Das Unternehmen entwickelt und produziert eigenen Angaben zufolge Standardkame- ras sowie Kameras mit höchsten Auflösungen und Geschwindigkeiten, überdurchschnittlicher Bildqualität und allen relevanten Schnittstellen. Außerdem unterstützt SVS-Vistek seine Kunden mit Komponenten wie Objektiven, Beleuchtungen, Filtern, Framegrabbern und Kabeln. Die Forschungsgruppe Prozess- technik am Institut für Fertigungs- technik und Photonische Technologien der TU Wien arbeitet mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft an verschiedenen Aufgabenstellungen der Makro-, Mikro- und Nanobear- beitung sowie an messtechnischen Fragestellungen. Diese untersucht sie mit Laser- und Lichtquellen, die Strahlung von UV bis FIR emittieren. Die Aktivitäten der Gruppe reichen von den wissenschaftlichen Grundlagen bis zur angewandten Forschung.
Exo250ZGE mit einer Auflösung von fünf Megapixeln und Datenraten bis 24,5 Bildern pro Sekunde ein, das in einfachen Anwendungen unsere Anforderungen erfüllt.“ Für höhere Messgeschwindigkeiten installiert Bammer die USB3-Polarisations- kamera Exo250ZU3, die bis zu 75 Bilder je Sekunde erlaubt. Für hö- here Ansprüche an die Auflösung kommt die USB3-Polarisationska- mera Exo253ZU3 mit 12,3 Megapi- xeln zum Einsatz. Neben den technischen Eigen- schaften der Polarisationskameras haben Bammer auch andere Fakto- ren überzeugt: „Schon in den ers- ten Gesprächen mit den Experten unseres Partners hat sich deren Kompetenz bezüglich der Kamera- technologie und das Verständnis für unsere Vorstellungen deutlich ge- zeigt. Die Zusammenarbeit mit SVS- Vistek war schnell, freundlich und effizient – das hat uns bei der Rea- lisierung unserer Ellipsometriesys- teme sehr geholfen.“ Technologieakzeptanz erzielen Als größte Herausforderung des El- lipsometrieprojekts nennt Bammer das Verständnis des Zusammen- hangs zwischen der Polarisation und der zu messenden Größe. „Diesen Zusammenhang zu verstehen und in eine einfache und robuste Messme- thode umzusetzen ist an sich schon nicht trivial. Ebenso schwierig ist es jedoch, Entscheidern in der Indus- trie die technischen Hintergründe zu vermitteln und deren Akzeptanz zu erreichen. Nur so ist es möglich, die im Labor bereits bewiesene Leis- tungsfähigkeit der Methode in den praktischen Einsatz zu überführen.“ Einige Systeme auf der Basis dieser Technologie werden derzeit in die Praxis überführt. So wollen erste An- wender die Ellipsometrie aus Wien inzwischen in diversen Laborsys- 10 Ferdinand Bammer: „Die Beadeutung der Polarisationstechnologie wird in den kommenden Jahren zunehmen“ cke ausreichen. Typische Schichtdicken betragen in solchen Fällen 10 bis 200 nm. Bei komplexeren Anwendungen, unter anderem in der organischen Photovol- taik (OPV) oder in der Displaytechnik, sind gegebenenfalls höhere Genauigkei- ten erforderlich. „ Die im Labor bewiesene Leistungsfähigkeit in den Ferdinand Bammer, TU Wien “ praktischen Einsatz überführen Laut Ferdinand Bammer brachte die Emp- fehlung eines Forschungspartners den Ka- merahersteller SVS-Vistek ins Spiel. „Laut dieser Empfehlung liefert SVS-Vistek die robustesten und vor allem rauschärms- ten Kameras“, sagt Bammer, „daher ha- ben wir diesen Hersteller gewählt und gute Erfahrungen mit Produktqualität und Service gemacht. Aktuell setzen wir das GigE-Vision-Polarisationskameramodell
temen, aber auch in industriellen Anwendungen, unter anderem für Messungen der Schichtdicke und -qualität bei PET-Flaschen, nutzen. Zwar können die sehr hohen Ge- nauigkeiten der Labor-Ellipsomet- rie generell nicht in die Produktion übertragen werden, doch für ausge- wählte Anwendungen ist die Güte der Messergebnisse schon heute aus- reichend. Fazit: Ellipsometrie wird industrietauglich Dank der absehbaren Fortschritte der Technologie wird ihr Potential wei- ter wachsen, ist Ferdinand Bammer überzeugt. Denn die Produktion von Komponenten für Zukunftstechnolo- gien, wie Displays, Beleuchtungen, Photovoltaikkomponenten, Akkus und Batterien, Brennstoffzellen oder Katalysatoren, braucht zuverlässige, vollflächige Qualitätskontrollen von Beschichtungen. „Aufgrund dessen bin ich mir sicher“, sagt Bammer, „dass die Bedeutung der Polarisati- onstechnologie in den kommenden Jahren stark zunehmen wird. Aktu- ell ist in der Industrie noch ein zu geringes Verständnis und Wissen im Bereich Polarisationsmessung und El- lipsometrie vorhanden. Leistungsfä- hige Polarisationskameras wie die von SVS-Vistek könnten hier jedoch viele Türen öffnen.“ ■ www.tuwien.at/inline-QM-3D www.svs-vistek.com LP.PRO TO GO Polarisationskameras und mathematische Modellierung machen die Ellipsometrie zum Werkzeug für die industrielle Qualitätskontrolle. Die Technologie ist für viel- fältige Inline-Anwendungen geeignet – von PET-Flaschen über Batterien bis zu OLED- Displays. 11 Vertrauen, das sich auszahlt Profitieren Sie von exklusiven Jubiläums-Angeboten bei Yokogawa Deutschland Test- & Messtechnik, inklusive persönlicher Beratung oder Geräte-Demonstration. 11 % Jubiläums-Rabatt auf alle optischen Messgeräte. Vergünstigte Überprüfung und Kalibrierung für Geräte älter als 10 Jahre. Precision Making tmi.yokogawa.com/de/110-jahre-yokogawa
Neue Standards für 3-D-Druck mit Pulvern Zeiss erwirbt alle Aktienanteile der Pi Imaging Technology N E T H C I R H C A N 12 ß u f i e Z a n n A / E D U : d l i B Carl Zeiss Microscopy hat eigenen Angaben zufolge sämt- liche Aktienanteile des Schweizer Sensorikanbieters Pi Imaging Technology erworben. Pi Imaging Technology ent- wickelt Arrays und Bildsensoren aus Single-Photon-Ava- lanche-Dioden, SPAD). Dr. Michael Albiez, Leiter von Zeiss Research Micro- scopy Solutions, sagt, das Ziel der Akquisition sei es, die SPAD-Technologie mit Zeiss-Mikro skopielösungen zu kom- binieren und gemeinsam weiterzuentwickeln: „Mit der Ak- quisition der Pi Imaging Technology investieren wir in eine Technologie, die unser zukünftiges Kerngeschäft sichert und weiteres Wachstum ermöglicht.“ Lasergeneriertes Goldkolloid Nach sechs Jahren Arbeit haben Forschende unter Leitung der Universität Duisburg-Essen das von der Deutschen For- schungsgemeinschaft geförderte Schwerpunktprogramm ‚Werkstoffe für die Additive Fertigung‘ (SPP 2122) abge- schlossen. Die Ergebnisse stehen als frei zugängliche Re- ferenz für Wissenschaft und Industrie bereit, sowohl als Datensatz einer Interlaborstudie als auch in einem Sonder- heft der Zeitschrift ‚Advanced Engineering Materials‘. Im Fokus steht Laser Powder Bed Fusion (LPBF): Dabei schmilzt ein Laser feine Schichten aus Metall- oder Poly- merpulvern auf, sodass das Bauteil schrittweise entsteht. Ziel des Programms war es, Werkstoffe und Verfahren sys- tematisch zu verbessern und zu standardisieren. Unter der Leitung von Professor Stephan Barcikowski, Universität Duisburg-Essen, arbeiteten mehr als 30 Teams an Themen wie maßgeschneiderten Pulvern, Funktionalisierung mit Nanopartikeln und Prozesscharakterisierung. Im Rahmen des Programms entstand der bisher größte offene Datensatz seiner Art. 32 internationale Labore fer- tigten standardisiert Bauteile aus metallischen und poly- meren Pulvern – mit und ohne Nanopartikelmodifikation. So konnten Materialeigenschaften, Maschinenparameter und Prozessführung direkt miteinander verglichen werden. „Die Interlaborstudie ist ein Meilenstein für Wissenschaft und Industrie, denn sie liefert erstmals weltweit vergleich- bare Daten zu hochkomplexen Fertigungsprozessen über verschiedene Materialklassen hinweg“, erklärt Dr. Anna Ziefuß, Leiterin der Arbeitsgruppe Oberflächenchemie und Laserbearbeitung an der Universität Duisburg-Essen. n e h c n ü M e s s e M : d l i B PI Imaging Technology erhielt in diesem Jahr bereits den Laser World of Photonics Innovation Award in der Kategorie ‚Optics / Manufacturing Technology for Optics‘ für die Hoch- leistungs-Single-Photon-Kamera SPAD Alpha Michel Antolovic, Geschäftsführer und Mitbegründer von Pi Imaging Technology, ergänzt: „Wir haben bahnbre- chende Meilensteine erreicht, indem wir 2020 als erstes Unternehmen ein SPAD-Array in ein kommerzielles Mik- roskop integriert und 2021 die erste SPAD-Kamera auf den Markt gebracht haben. Ich freue mich sehr, dass wir nach vielen Jahren vertrauensvoller Zusammenarbeit mit Zeiss nun den nächsten Schritt gehen und unser gesamtes Ge- schäft in die Zeiss-Gruppe integrieren. Wir werden gemein- sam das Feld der Lichtdetektion vorantreiben.“ Die beiden Unternehmen arbeiten auch auf anderen Gebie- ten zusammen, darunter Spektroskopie, wissenschaftliche Bildgebung, Bildgebung bei schwachem Licht und Hochge- schwindigkeitsbildgebung. Ziel sei es, auch dort in der Ent- wicklung zusammenzuarbeiten, so eine Verlautbarung der Unternehmen.
ELS 2025: Beiträge zu Eiskristallen und Wüstenstaubpartikeln gewürdigt 5 2 0 2 / S L E R N C , u z z a g a M o r d n a s s e A l : r e d Andreas Macke (rechts) nimmt den Elsevier-van-de-Hulst-Preis entgegen l i B N E T H C I R H C A N 13 Der AS&T-Nach- wuchspreis für die beste Präsentation der Konferenz geht an Dr. Moritz Haarig Zwei Forscher des Leipziger Leibniz-Instituts für Tropo- sphärenforschung (Tropos) sind bei der diesjährigen Elec- tromagnetic and Light Scattering Conference (ELS 2025) in Milazzo/Italien geehrt worden. Direktor Professor Andreas Macke erhielt den Elsevier-van-de-Hulst-Preis für Licht- streuung. Dr. Moritz Haarig wurde mit dem erstmals ver- liehenen AS&T-Nachwuchspreis für die beste Präsentation ausgezeichnet. Andreas Macke wird für seine Arbeiten zu Streueigen- schaften atmosphärischer Eiskristalle gewürdigt. Er ent- wickelte und verwendete Lichtstreumodelle auf der Basis geometrischer Optik für komplexe, irreguläre Kristalle. Damit gelang es, realistische Strukturen in Berechnungen einzubeziehen. Die Modelle finden Anwendung von der Atmosphärenphysik über die Astrophysik bis hin zur Biolo- gie und Medizin. Der Preis wird seit 2010 von den Heraus- gebern des ‚Journal of Quantum Spectroscopy & Radiative Transfer‘ vergeben; er würdigt das Lebenswerk einzel- ner Wissenschaftler, die das Feld der elektromagnetischen Streuung entscheidend geprägt haben. Moritz Haarig erhielt den Nachwuchspreis des Journals ‚Aerosol Science & Technology‘ für seine Präsentation zum Aufbau eines neuen optischen Labors für Lidaranwendun- gen (Optical Lab for Lidar Applications, Olala). Ziel des Labors ist es, komplex geformte Wüstenstaubpartikel expe- rimentell und modellgestützt zu charakterisieren, um Fern- erkundungsmessungen vom Boden und aus dem All zu verbessern. In die Arbeiten flossen Beiträge von Esha Semwal zum experimentellen Aufbau und von Thomas Oppermann zur Modellierung nichtsphärischer Partikel ein. Die Nach- wuchsgruppe von Haarig wird von der Leibniz-Gemein- schaft gefördert.
Messe W3+ Fair Jena wächst ZVEI fordert Stärkung der Glasfaserkabelproduktion N E T H C I R H C A N 14 Die Produktion von Glasfaserkabeln in Deutschland ist nach einem Bericht des Verbands der Elektro- und Digital- industrie (ZVEI) in den letzten zehn Jahren um über 43% zurückgegangen. Um langfristige strategische Abhängigkei- ten zu vermeiden, fordert der ZVEI den Erhalt und Ausbau industrieller Kapazitäten für Netzkomponenten in Deutsch- land und Europa. „Deutschland und Europa sind führend in der Glasfasertechnologie, doch ohne eigene Produktion droht der Verlust von Know-how und Innovationskraft“, sagt ZVEI-Geschäftsführerin Sarah Bäumchen. Eine starke industrielle Basis sei entscheidend für die Resilienz der Kommunikationsnetze. Bäumchen betont: s t n e v E t e e F l / r i a F + 3 W : d l i B Als eine der größten Technologieplattformen Thüringens soll die W3+ Fair Jena Fachleute aus Photonik, Optik, Elektronik und Mechanik zusammenbringen Am 24. und 25. September 2025 findet in Jena die W3+ Fair statt. Mit rund 200 Ausstellern und der Erweiterung um eine dritte Halle entwickelt sie sich laut Veranstalter zu einer der größten Technologieplattformen Thüringens. Sie soll Fachleute aus Photonik, Optik, Elektronik und Mecha- nik zusammenbringen und zunehmend internationale Be- sucher anziehen. Rund 60% der Aussteller, so der Veranstalter, stammen aus anderen Bundesländern oder aus dem Ausland, ins- gesamt aus 14 Ländern. Unterstützt vom Photonik-Netz- werk OptoNet präsentieren sich Unternehmen wie Zeiss, Jenoptik und Schott neben Start-ups, Hochschulen und Forschungseinrichtungen. Etwa 2000 Besucherinnen und Besucher werden erwartet. Die kostenfreie Konferenz ‚En-Tech Talks‘ behandelt Themen wie regionale Innovationsstrategien, Raumfahrt- technologien, Sicherheit und Verteidigung sowie An- wendungen in der Land- und Forstwirtschaft. Referenten kommen unter anderem von ASML, Zeiss, Jenoptik, Fraun- hofer, Hensoldt, Rheinmetall, Jena Optronik und dem DLR. Die Landesentwicklungsgesellschaft Thüringen lädt De- legationen aus den Niederlanden und der Schweiz zu Be- sichtigungen und Matchmaking-Veranstaltungen ein. Neu im Programm ist ein Workshop des Thüringer Wirtschafts- ministeriums zum ‚Initialkreis Thüringer Mikroelektronik‘. Unterstützt wird die Messe zudem von Partnern wie Jena Digital, dem Forschungscampus Infectognostics sowie Ver- bänden wie OptecNet Deutschland, Epic und Spectaris. I E V Z : d l i B Rückgang der deutschen Glasfaserkabelproduktion in Tonnen über einen Zeitraum von zehn Jahren „Wenn die Fertigung ins Ausland abwandert, geraten wir in gefährliche Abhängigkeiten. Deshalb müssen Produktions- und F&E-Standorte gesichert und ausgebaut werden.“ Mittlerweile wird nach Angaben des ZVEI rund die Hälfte aller Glasfaserkabel in China hergestellt. Europa hält derzeit nur noch einen Anteil von etwa 15% an der welt- weiten Produktion. Angesichts der geopolitischen Entwick- lungen und wachsender Sicherheitsanforderungen betont der Verband die Dringlichkeit einer widerstandsfähigen und souveränen Kommunikationsinfrastruktur. Glasfaserka- bel müssten nicht nur zuverlässig betrieben, sondern auch aus sicheren und nachhaltigen Produktionsprozessen stam- men, um die Stabilität von Versorgungsketten zu gewähr- leisten. Sarah Bäumchen fordert: „Die EU-Kommission muss die Entwicklung auf dem Markt weiterhin sorgfältig verfolgen und – wenn notwendig – handelspolitische Maß- nahmen verhängen.“
Festakt 20 Jahre CNT, unter anderem mit CNT-Leiterin Dr. Wenke Weinreich (links), Sachsens Ministerpräsident Michael Kretschmer (5.von rechts) sowie Prof. Dr. Harald Schenk, Insti- tutsleiter des Fraunhofer IPMS (3.von rechts) N E T H C I R H C A N 15 S M P I r e f o h n u a r F : d l i B Prozessen für die energiesparende FDX-Technolo- gie – laut CNT der größte Industrieauftrag in der Fraunhofer-Geschichte. Mit Investitionen von rund 140 Millionen Euro konnte das CNT seine Ausstattung kontinuierlich erweitern. Heute ist es die wichtigste deutsche Forschungseinrichtung für 300-mm-Technologien im industriellen Maßstab. Zusammen mit dem Fraunhofer IZM-Assid, das auf Packaging- und Integrationslösungen spezialisiert ist, deckt es ei- genen Aussagen zufolge die gesamte Wertschöp- Fraunhofer IPMS: 20 Jahre industrienahe Halbleiterforschung Das Center Nanoelectronic Technologies (CNT) des Dresd- ner Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS feiert sein 20-jähriges Bestehen. Mit seinem 300-mm- Forschungsreinraum im Industriestandard gilt es heute als zentrale Forschungseinrichtung für Halbleitertechnologien in Deutschland. Das CNT war 2005 als Public-Private Partnership mit Infineon und AMD gegründet worden; nach 2009 öffnete sich die Einrichtung für weitere Partner. Seit 2013 ist das CNT Teil des Fraunhofer IPMS und arbeitet inzwischen mit mehr als 100 Industrieunternehmen zusammen, dar- unter GlobalFoundries, Sony, BASF und X-Fab. Ein Höhe- punkt war das Projekt ‚Emma‘ mit neuen Materialien und fungskette der Mikroelektronik ab. Als Teil der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutsch- land (FMD) ist das CNT eng in nationale und europäische Netzwerke eingebunden. Es kooperiert unter anderem mit Imec in Leuven und CEA-Leti in Grenoble – in Projekten wie ‚Prevail‘ zur Einrichtung einer europäischen Test- und Experimentierplattform für Edge-KI. GlobalFoundries Dresden etwa sieht in der Nähe zur Forschungseinrichtung einen klaren Standortvorteil. IPMS- Institutsleiter Harald Schenk betont, die Kombination aus wissenschaftlicher Exzellenz, industrieller Relevanz und europäischer Kooperation sei entscheidend für technologi- sche Eigenständigkeit. PREMIUM QUALITY OPTICS FOR A HIGH LIDT Choose one-stop solutions from substrates to coatings Discover more at W3+ Fair Jena Booth E6 / 24.–25. September, 2025 www.lasercomponents.com/laseroptics/
Bilder: Joshua Mornhinweg (jmornhinweg.com), Optica Publishing Group 1 6 FORSCHUNG & ENTWICKLUNG T e i l e i E n f a c h I n f r a r o t l a s e r a b s t i m m b a r e r o h n e b e w e g l i c h e
Ein Team aus Forschenden der Technischen Universi- tät Wien und der Harvard University hat einen neuen Halbleiterlaser entwickelt, der Infrarotstrahlung mit variabler Wellenlänge erzeugt. Er kommt ohne beweg- liche Teile aus, lässt sich auf einem Chip integrieren und ist für einen breiten Spektralbereich geeignet. Infrarote Laserstrahlung ist unverzichtbar für Wissenschaft und Technik – etwa für medizinische Spektroskopie bei der Analyse von Gewebe; ebenso für die industrielle Detektion von Gasen in Leitungen oder für Prüfverfahren in der Sicherheitstechnik. Auch in der optischen Kommunikation spielen abstimmbare Infrarot- laser eine zentrale Rolle. Ringarchitektur unterstützt präzise Emission Das neue Konzept nutzt ringförmige Halbleiterresonatoren. Jeder Ring besitzt eine definierte Größe und damit eine bestimmte Re- sonanzfrequenz. Mittels elektrischer Ansteuerung lässt sich ge- zielt festlegen, welcher Ring aktiv ist und welche Wellenlänge er emittiert. Die Forschenden kombinieren mehrere solcher Ringe, um eine größere spektrale Abdeckung zu erreichen. Werden meh- rere Resonatoren gleichzeitig angesteuert, verstärkt sich die Aus- gangsleistung, während die Emission auf eine bestimmte Linie begrenzt bleibt. Professor Benedikt Schwarz, Leiter der Forschungsgruppe für Optoelektronische Bauelemente an der TU Wien, erklärt: „Ab- stimmbare Laser, also Laser, deren Lichtwellenlänge verändert und gesteuert werden kann, sind aus vielen Technologien nicht mehr wegzudenken, von der Hochgeschwindigkeitstelekommu- nikation über die medizinische Diagnostik bis hin zur Sicher- heitsüberprüfung von Gasleitungen.“ Weiter führt er aus: „Die Lasertechnologie muss jedoch meistens Kompromisse eingehen: Möchte man einen Laser, der in einem breiten Bereich des Spek- trums auf viele verschiedene Wellenlängen eingestellt werden kann, dann ist dafür die Präzision der jeweiligen Wellenlängen geringer. Laser, die präzise auf viele Farben abgestimmt werden können, benötigten bisher bewegliche Teile, das macht sie kom- plex und teuer.“ Das besondere Design der neuen Strahlquelle löst ein bekann- tes Problem abstimmbarer Laser: Bisher war ein Kompromiss zwi- schen spektraler Präzision und Flexibilität vonnöten. Systeme mit mechanischen Abstimmelementen erreichten hohe Genauigkeit, waren aber komplex und anfällig. Andere Bauarten deckten ei- > > > nen weiteren Bereich ab, verloren jedoch an Stabilität. 17. Blechexpo Internationale Fachmesse für Blechbearbeitung 10. Schweisstec D 21. – 24. Okt. 2025 a Stuttgart Blech-, Rohr- und Profi lbearbeitung Stanztechnologien Trenn-, Füge- und Verbindungstechnologien Pressen- und Umformtechnologien Stahl-, Metallservice und Oberfl ächentechnik Das Messeduo zeigt die moderne, zukunftsorientierte Blechbearbeitung, bildet komplette Prozessabläufe ab und präsentiert mit den Ausstellern in 9 Messehallen, aufgeteilt in 5 Themenbereiche, eindrucksvoll die Leistungsfähigkeit der Branche. Es genießt allerhöchstes Interesse und wird von einem hochkarätigen Programm eingerahmt, inklusive der Verleihung des Innovationsprei- ses „best Award 2025“. Ringförmige Halbleiterresonatoren erlauben abstimmbare Laseremission im Infrarot ohne mechanische Komponenten D 22. Okt. 2025 z ab 16.00 Uhr @ blechexpo-messe.de @ schweisstec-messe.de üäg?B Veranstalter: SP. E. SCHALL GmbH & Co. KG T +49 (0) 7025 9206-0 blechexpo@schall-messen.de schweisstec@schall-messen.de
Einzelnes Ringlaserelement aus vier geraden Abschnitten der Länge d, verbunden über vier Viertelkreise vom Radius r (hier: d=50 µm, r=260 bis 220 µm) 18 Drei Ringlaser aus einem ein- zigen Array decken eine optische Bandbreite von mehr als 1 THz ab; jeder Ring wird anhand seines Vorspannungsstroms abgestimmt Wien, betont: „Das Schöne an unse- rem Laser ist seine einfache Herstel- lung. Wir haben keine mechanisch beweglichen Teile und ein einfaches Fertigungsschema, das nur wenig Platz braucht.“ Die Zusammenarbeit zwischen der TU Wien und der Harvard Univer- sity hat bereits mehrere Entwicklun- gen in der Halbleiterlaserforschung hervorgebracht. Das aktuelle Pro- jekt zeigt, wie die Kombination aus europäischer und US-ameri- kanischer Forschung neue Lösun- gen für photonische Anwendungen erschließt. ■ Originalveröffentlichung [J. Fuchsberger et al.: Continuously and Widely Tunable Semiconductor Ring Lasers, Optica 12,7, 985 (2025), DOI 10.1364/OPTICA.559884] WEITERE INFORMATIONEN Stabiler Betrieb in rauer Umgebung Ein weiterer Vorteil ist die Stabilität ge- genüber optischer Rückkopplung. Bei herkömmlichen Lasern kann reflektier- tes Licht die Quelle destabilisieren. Die ringförmige Struktur reduziert dieses Ri- siko und erlaubt zuverlässigen Betrieb auch unter schwierigen Umgebungsbe- dingungen. Co-Autor Theodore Letsou, Doktorand am Massachusetts Institute of Technology und Mitarbeiter im Labor von Professor Federico Capasso an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, erläutert: „Durch die Anpassung der Ringgröße können wir ef- fektiv jede gewünschte Linie und jede ge- wünschte Laserfrequenz anvisieren.“ Und Capasso ergänzt: „Die Vielseitigkeit dieser neuen Plattform bedeutet, dass ähnliche Laser bei verschiedenen kommerziell rele- vanteren Wellenlängen hergestellt werden können, beispielsweise für Telekommu- nikationsanwendungen, für die medizini- sche Diagnostik oder für jeden Laser, der im sichtbaren Lichtspektrum emittiert.“ Gefertigt wurde die Strahlquelle in den Reinräumen des Zentrums für Mikro- und Nanostrukturen an der TU Wien. Johan- nes Fuchsberger, Doktorand an der TU
Auf dem Weg zum globalen Quantennetzwerk Quantennetzwerke können die Kommunikation extrem si- cher machen, aber auch ent- fernte Quantencomputer zu einer einzigen, leistungsfä- higeren Rechenmaschine verknüpfen – etwa für präzise Sensorsysteme, die Zeit oder Umweltbedingungen mit hoher Ge- nauigkeit messen. Für diese Netzwerke werden sogenannte Quantennetzwerk- knoten benötigt, die Quanteninformati- onen speichern und über Lichtteilchen austauschen. Ein Team um Ben Lanyon vom Insti- tut für Experimentalphysik der Univer- sität Innsbruck hat nun einen solchen Netzwerkknoten mit dem Prototypen eines Ionen fallen-Quantencomputers, bestehend aus zehn Qubits, demonst- riert. Mittels präziser Veränderung der elektrischen Felder haben die Forschen- den Kalzium ionen einzeln in einen op- tischen Resonator verschoben. Dort löst ein fein abgestimmter Laserpuls die Emis- sion eines einzelnen Photons aus, dessen Polarisation mit dem Zustand des Ions verschränkt ist. Hochskalierbare Quantenverschränkung Die Methode erzeugt eine Kette von Photonen, die jeweils mit einem ande- ren Ionen-Qubit im Register verschränkt sind. In Zukunft könnten diese Photo- nen zu entfernten Knotenpunkten eines Netzwerks gesendet werden und eine Ver- schränkung zwischen räumlich getrenn- ten Quantencomputern herstellen. Das 19 Forschungsteam berichtet von einer durchschnittlichen Ionen-Photonen- Verschränkungsgüte von 92% im Ex- periment, eine Genauigkeit, die für die Robustheit dieser Methode spricht. „Eine der größten Stärken dieser Methode ist ihre Skalierbarkeit“, sagt Lanyon. „Während frühere Experi- mente nur zwei oder drei Ionen-Qubits mit einzelnen Photonen verbinden konnten, lässt sich unser Ansatz auf viel größere Register ausweiten, die potenziell Hunderte von Ionen und mehr enthalten können.“ Dies soll den Weg für die Vernetzung von Quanten- prozessoren über Laboratorien oder sogar Kontinente hinweg ebnen. „Unsere Methode ist ein Schritt in Richtung größerer und komplexe- rer Quantennetzwerke“, sagt der be- teiligte Forscher Marco Canteri. „Sie bringt uns praktischen Anwendun- gen wie quantensicher Kommunika- tion, verteiltem Quantencomputing und großer verteilter Quantensenso- rik näher.“ ■ Originalveröffentlichung [M. Canteri et al.: Photon-Interfaced Ten-Qubit Register of Trapped Ions; Phys Rev Lett, 2025, DOI 10.1103/ v5k1-whwz] WEITERE INFORMATIONEN Neuartige Quantennetzwerkknoten sollen Quantenverschränkungen zwischen räumlich getrennten Quantencomputern möglich machen k c u r b s n n I t ä t i s r e v i n U / h c s t i R d l a r a H : d l i B
Forscher der Universität Basel haben ein Molekül vorgestellt, das bei Lichteinwirkung gleich- zeitig zwei positive und zwei negative Ladungen speichert. Dieser Vorgang gilt als zentraler Schritt auf dem Weg zu künstlicher Fotosynthese, die langfristig CO2-neutrale Treibstoffe er- möglichen könnte. Über die Ergebnisse berichten Professor Oliver Wenger und Mathis Brändlin in Nature Chemistry. G N U L K C I W T N E & G N U H C S R O F 20 Molekül für künstliche Fotosynthese entwickelt Pflanzen wandeln mittels Fotosynthese Kohlendioxid und Wasser in Zucker um und speichern so Sonnenenergie in che- mischer Form. Die Forschung verfolgt seit Jahren das Ziel, diesen Prozess technisch nachzubilden, um Solartreibstoffe wie Wasserstoff, Methanol oder synthetisches Benzin zu erzeugen. Werden solche Treib- stoffe verbrannt, setzen sie nur die Menge an CO2 frei, die zuvor bei ihrer Herstel- lung gebunden wurde. Damit gelten sie als klimaneutral. Das Molekül aus Basel besteht aus fünf Segmenten: Zwei Bausteine geben bei Lichteinfluss Elektronen ab und werden positiv geladen. Zwei gegenüberliegende Einheiten nehmen Elektronen auf und werden negativ geladen. Ein zentrales Element absorbiert das Licht und löst den Elektronentransfer aus. So lässt sich die Energie von Photonen gezielt in chemi- sche Speichervorgänge überführen. d a a h c S s æ n s i e G a r i n a y e D : d l i B Aufbau des Basler Moleküls: Fünf Bestandteile speichern unter Lichtanregung vier Ladungen als Voraussetzung für künstliche Fotosynthese Vierfachladung in zwei Blitzen erzeugt Die Wissenschaftler erzeugten die vier Ladungen in zwei Schritten. Ein erster Lichtblitz führte zu einer po- sitiven und einer negativen Ladung, die an die entgegengesetzten Enden des Moleküls wandern. Ein zweiter Lichtblitz wiederholte den Vorgang, sodass insgesamt zwei positive und zwei negative Ladungen entstanden. Damit gelang es, in einem einzelnen Molekül ein doppeltes Ladungspaar stabil zu speichern. Mathis Brändlin erklärt: „Diese schrittweise Anregung erlaubt es, deutlich schwächeres Licht zu nut- zen. Wir bewegen uns damit schon in der Nähe der Stärke von Sonnen- licht.“ Er wies darauf hin, dass frü- here Experimente extrem starkes Laserlicht benötigten. „Ausserdem bleiben die Ladungen im Molekül lange genug stabil, um sie für weitere chemische Reaktionen zu nutzen.“ Ein vollständiges künstliches Fo- tosyntheseverfahren ist damit noch nicht erreicht; die neuen Resultate sollen jedoch helfen, Elektronen- transfers in solchen Molekülen bes- ser zu verstehen. ■ Originalveröffentlichung [M. Brändlin, B. Pfund, O. S. Wenger: Photoinduced Double Charge Accumulation in a Molecular Compound, Nature Chemistry (2025), DOI: 10.1038/ s41557-025-01912-x] WEITERE INFORMATIONEN
Neue Legierung verzahnt Optik und Elektronik Neuer Halbleiter für die Chips der Zukunft: CSiGeSn ebnet den Weg für optoelektronische Bauelemente in der Silizium- photonik Die Wissenschaftler Dr. Dan Buca (links) und Andreas Tie- demann an der CVD-Anlage von Aixtron, die Wafer mit der neuen Legierung beschichtet 21 Eine neue Verbindung, die kom- patibel ist mit dem Standard- verfahren der Chipindustrie – dem CMOS-Prozess –, entwi- ckelten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Forschungszen- trum Jülich und dem Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP). Die neue Legierung setzt sich aus den Elementen Kohlenstoff, Silizium, Germa- nium und Zinn zusammen, kurz CSiGeSn. Alle vier haben gemeinsam, dass sie Ele- mente derselben Hauptgruppe sind. Dr. Dan Buca vom Forschungszentrum Jü- lich sagt: „Wir haben ein lang verfolgtes Ziel erreicht: den ultimativen Halbleiter auf Basis der vierten Hauptgruppe.“ Die Herstellung der neuen Verbindung galt lange als kaum machbar. Erst durch prä- zise Einstellung der Herstellungsprozesse gelang es nach Angaben der Forschenden, diese Gegensätze zu vereinen – mit einer industriellen CVD-Anlage von Aixtron. Keine Spezialapparatur, sondern ein Ge- rät, wie es auch in der Chipproduktion genutzt wird. Mehr Möglichkeiten in der Siliziumphotonik Mit der neuen Legierung sollen sich Eigenschaften so feinjustieren las- sen, dass Bauelemente möglich wer- den, die mit reinem Silizium nicht realisierbar wären, erklären die For- schenden. Etwa für optische Kompo- nenten oder in Quantenschaltungen. Die Strukturen lassen sich direkt bei der Herstellung auf dem Chip fer- tigen. Schon zuvor war es den ge- lungen, die drei Elemente Silizium, Germanium und Zinn zu kombinie- ren und daraus Transistoren, Fo- todetektoren, Laser und LEDs zu entwickeln – oder thermoelektri- sche Materialien. Die Hinzunahme von Kohlenstoff erweitert nun die Möglichkeiten, die Bandlücke gezielt einzustellen. Das ist entscheidend für das elek- tronische und photonische Verhal- ten. „Viele optischen Anwendungen aus der Silizium-Gruppe stehen noch ganz am Anfang“, erläutert Buca. k e n i l l e G ö n e J / h c i l ü J m u r t n e z s g n u h c s r o F : r e d l i B Auch bei der Entwicklung von geeigne- ten Thermoelektrika, um etwa in Wear- ables und Computerchips Wärme in elektrische Energie umzuwandeln, sol- len sich neue Möglichkeiten ergeben. Aus dem Material entstand auch erst- mals eine LED, die auf sogenannten Quantentopfstrukturen aus den vier Ele- menten aufbaut – ein wichtiger Schritt in Richtung neuer optoelektronischer Bauelemente. ■ Originalveröffentlichung [Omar Concepción et al.: Adaptive Epitaxy of C-Si-Ge-Sn: Customizable Bulk and Quantum Structures; Advanced Materials (2025), DOI 10.1002/ adma.202506919] WEITERE INFORMATIONEN
G N U L K C I W T N E & G N U H C S R O F 22 Ein Team der Christian-Alb- rechts-Universität zu Kiel hat eigenen Angaben zufolge erst- mals nachgewiesen, dass eine Atomlage aus Bor – gezielt in- nerhalb ihrer Fläche – Licht leiten und stark bündeln kann. Der Effekt zeigt sich auch im sichtbaren Teil des Spektrums. Damit eröffnet Borophen neue Perspekti- ven für photonische Bauelemente, die klei- ner und leistungsfähiger arbeiten sollen. Borophen lenkt sichtbares Licht im Nanomaßstab Rasterelektronen- mikroskop-Aufnahme von Borophen auf einem gelochten Gold-Transmissions- elektronenmikro- skop-Gitter Die optische Antwort einer Borophen- Schicht wird mittels Kathodolumineszenz- Spektroskopie untersucht i b e l a T . N : r e d l i B Hyperbolische Polaritonen im 2-D-Metall Die Forschenden haben im Borophen Hybridwellen aus Licht und Elektronen- schwingungen, sogenannte Pola ritonen, beobachtet. Aufgrund der Wechsel- wirkung mit kollektiven Elektronen- schwingungen entstehen hyperbolische Polaritonen, die sich in verschiedene Richtungen unterschiedlich ausbreiten. Die anisotrope atomare Struktur von Borophen zwingt Elektronen in bevor- zugte Bahnen und erlaubt es, Licht un- terhalb der Beugungsgrenze zu führen. Somit lässt sich die Ausbreitung wesent- lich stärker steuern, als es in isotropen Materialien möglich ist. Zum Nachweis regten die Physi- ker Borophen im Elektronenmikro- skop mit Elektronenstrahlen an und analysierten das entstehende Licht mit Nanometerauflösung. Damit gelang es, die Richtungsabhängigkeit der Lichtaus- breitung sichtbar zu machen und erstmals im sichtbaren Bereich nachzuweisen. Relevant für die Quantenkommunikation Hyperbolische Polaritonen waren zu- vor nur in Materialien bekannt, die im Infrarot- oder Terahertz-Spektrum ar- beiten. Der Nachweis im sichtbaren Licht bedeutet, dass sich Borophen di- rekt mit Wellenlängen koppeln lässt, die auch in der Quantenkommunika- tion und in bildgebenden Verfahren relevant sind. Perspektivisch könnten kompakte photonische Komponen- ten, empfindliche optische Sensoren oder Mikroskopietechniken entwickelt werden, die über die klassische Auf- lösungsgrenze hinausgehen. Professorin Nahid Talebi vom In- stitut für Experimentelle und An- gewandte Physik der CAU sagt: „Borophen ist metallisch, atomar dünn und von Natur aus anisotrop. Diese Eigenschaften machen es zu einer völlig neuen Plattform, um sichtbares Licht im Nanomaßstab zu führen. Wir können die Lichtausbrei- tung auf Weisen kontrollieren, die mit anderen Materialien bisher nicht möglich waren.“ Die Studie entstand unter Leitung von Talebi und Gastwissenschaftler Professor Yaser Abdi und wurde durch den Europäischen Forschungsrat (ERC Consolidator Grant UltraSpecT) so- wie den Momentum-Grant der Volks- wagenStiftung gefördert. Sie schafft Grundlagen für künftige Anwendun- gen in der Nanophotonik. ■ Originalveröffentlichung [N. Talebi et al.: 2D Borophene: In-Plane Hyperbolic Polaritons in the Visible Spectral Range, Advanced Functional Materials (2025), DOI 10.1002/adfm.202513016] WEITERE INFORMATIONEN
Terahertzlicht ersetzt Strom in der ultraschnellen Halbleitersteuerung Senkrechte elektrische Fel- der in atomar dünnen Halb- leitern, die beispielsweise Transistoren und andere Bau- elemente schalten, werden traditionell durch elektronische Gate- Spannungen erzeugt, was jedoch auf vergleichsweise lange Reaktionszeiten beschränkt ist. Physikerinnen und Phy- siker der Universität Bielefeld und des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) ha- ben nun eine Methode entwickelt, bei der Terahertzlicht anstatt Strom zum Er- zeugen des Steuersignals im Halbleiter genutzt wird. Terahertzlicht liegt im elektromagne- tischen Spektrum zwischen Infrarot und Mikrowellen. Für die Umwandlung ent- wickelten die Forschenden besondere Nanoantennen. Die damit erzeugten senkrechten elektrischen Felder errei- chen nach Angabe der Forschenden eine Stärke von mehreren Megavolt pro Zenti- meter. Die Technik ermöglicht eine Echt- zeitkontrolle der elektronischen Struktur auf Zeitskalen unterhalb einer Pikose- kunde mittels optischer Pulse. Während das grundlegende Konzept sowie die experimentelle Umsetzung und theoretische Modellierung an der Univer- sität Bielefeld erfolgte, fertigte das IFW die komplexen Nanoantennen. Der Leiter des Projekts, Physikprofessor Dr. Dmitry Tur- r e l l e u M s i n n e D - e k M i , d l e f e l e i B i n U : r e d l i B chinovich von der Universität Biele- feld, erklärt: „Unser Ansatz nutzt das Terahertzlicht selbst zur Erzeugung des sehr starken Steuersignals inner- halb des Halbleitermaterials – und er- laubt damit eine industrietaugliche, lichtgesteuerte und ultraschnelle op- toelektronische Technologie, die bis- her nicht möglich war.“ Die Entwicklung könnte nach Angaben der Forschenden zu ul tra- schnellen Signalsteuerungskompo- nenten, elektronischen Schaltern und Sensoren führen. Solche Komponen- ten werden etwa zur Datenübertra- gung, in ultraschnellen Kameras oder Lasergeräten eingesetzt. Potenzielle Anwendungsgebiete liegen bei Kom- munikationssystemen, Computing, Bildgebung und Quantentechnolo- gien. ■ Originalveröffentlichung [Tomoki Hiraoka et al.: Terahertz Field Effect in a Two-Dimensional Semiconductor; Nature Communications, DOI 10.1038/s41467-025-60588-6] WEITERE INFORMATIONEN 23 Projektleiter Prof. Dr. Dmitry Turchinovich Mit der neuen Methode lassen sich ultradünne Halbleiter über Terahertz- lichtpulse direkt steuern
Spectroscopy 2.0 – Frequenzkämme verbessern die Messung atomarer Spektren G N U L K C I W T N E & G N U H C S R O F 24 Mit dem neuen Messansatz konnten die Forschenden bisher unbekannte Spektral- linien im Seltenerdelement Samarium bei hohen Temperaturen messen Der experimentelle Laboraufbau der Dual-Comb-Spektroskopie Die optische Spektroskopie ist eine der am häufigsten ver- wendeten Techniken, um die Struktur von Atomen zu untersuchen. Sie basiert auf dem Prinzip, dass Elektronen Energie absorbieren oder emittieren, wenn sie sich zwischen den Energieniveaus eines Atoms bewegen. Jedes Element hat ei- nen einzigartigen Satz von Lichtwellen- längen, die aufgrund dieser Übergänge emittiert oder absorbiert werden – sein atomares Spektrum. Hochauflösende Breitbandspektrosko- pie ist für Präzisionsmessungen in der Atomphysik und die Suche nach neuen fundamentalen Wechselwirkungen ein unerlässliches Werkzeug. Fortschritte werden jedoch oft durch die Schwierigkeit behindert, komplexe atomare Spektren zu messen, was hauptsächlich auf zwei technische Einschränkungen zurückzu- führen ist: die Schwierigkeit, die von der Probe ausgesendeten Signale richtig zu unterscheiden, und der begrenzte Wel- lenlängenbereich, den die Instrumente erfassen können. Höhere Auflösung und Empfindlichkeit Um diese Einschränkungen zu überwin- den, haben Forschende der Johannes- Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) eine Methode namens Dual-Comb-Spektros- kopie (DCS) angewendet und wei- terentwickelt, mit der sich atomare Spektren in einem breiten Band elek- tromagnetischer Frequenzen mit hoher Auflösung und hoher Emp- findlichkeit messen lassen. Die DCS basiert auf der optischen Frequenzkammtechnik, für die 2005 der Nobelpreis für Physik verliehen wurde: Dabei werden zwei dieser Kämme im kohärenten Modus ver- wendet, wodurch das Spektrum der Probe genauer gemessen werden kann als mit herkömmlichen Me- thoden. Um schwache Signale mit hoher Präzision zu messen, imple- mentierten die Forschenden zusätz- lich mehrere Fotodetektoren, die das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern. Die Entwicklung dieses neuarti- gen Ansatzes stellt einen der ersten Schritte im internationalen Projekt ‚Spectroscopy 2.0‘ dar, dessen Ziel es ist, ein massiv paralleles spektro- skopisches Werkzeug zu entwickeln. Damit soll die Spektroskopie dichter atomarer und molekularer Spektren unter starken Magnetfeldern möglich werden. ■ WEITERE INFORMATIONEN n a y m a r A k m z a R i : r e d l i B
600 mm Arbeitsabstand in der automatisierten Inspektion l o r t n o C & n o i i s V : d l i B Vision & Control hat mit der eLD-Serie (Extreme Long Dis- tance) telezentrische Hochleistungsobjektive vorgestellt – ausgelegt für einen konstanten Arbeitsabstand von 600 mm. Die Serie umfasst fünf Modelle, darunter die Varianten TO112/15.4-600-V-eLD und TO78/16.0-600-V-eLD. Beide sind für Sensorgrößen bis 1 Zoll konzipiert. Das TO112/15.4- 600-V-eLD bietet ein Objektfeld von 112 mm, während das kompaktere TO78/16.0-600-V-eLD mit 78-mm-Objektfeld vor allem für Anwendungen in Medizintechnik, Maschinenbau oder Verpackungslinien vorgesehen ist. E T K U D O R P Die Optiken erlauben laut Hersteller verzerrungsfreie Ab- 25 bildungen bei großem Arbeitsabstand und somit zuverläs- sige Qualitätssicherung auch in beengten oder bewegten Anlagenumgebungen. Typische Einsatzfelder sind End-of- Line-Prüfungen in der Elektronik- und Batterieproduktion, Glasinspektion oder robotergestützte Fertigung. Die telezent- rische Abbildung sorgt für gleichbleibend hohe Bildqualität, unabhängig von der Objektposition im Messfeld. Telezentrische eLD-Objektive mit 600 mm Arbeitsabstand, konzipiert für Inspektions- aufgaben in der Fertigung WEITERE INFORMATIONEN Helios Pro MAXIMALE FLEXIBILITÄT & PRÄZISION IN RAUEN UMGEBUNGEN NEU Laserleistung automatisiert messen Mit dem industriellen Leistungsmessgerät Ophir® Helios Pro erfassen Sie Laserleistungen bis 12 kW ohne Wasserkühlung. Es lässt sich nahtlos in Produktionsnetzwerke integrieren und liefert schnelle, konsistente Messergebnisse. • Schutz vor Staub und Schmutzpartikeln • Durchschnittliche Leistung unabhängig von der Anstiegszeit des Laserpulses • Optionaler Diffusor für kleine Strahlgrößen • Dualer Wellenlängenbereich IR & sichtbares Spektrum • Profinet / EtherNet/IP / EtherCAT und RS232 Schnittstellen www.ophiropt.com Für weitere Infos besuchen Sie www.ophiropt.com
In der Fertigung von Lithium-Ionen- Batterien werden die Elektroden im Rolle-zu-Rolle-Verfahren getrocknet Skalierbare Hybridtrocknung für eine effiziente Batteriezellproduktion Das im Rahmen einer Forschungskooperation entwickelte Trocknungsverfahren für Batterieelektroden kombiniert die her- kömmliche ofenbasierte Konvektionstrocknung mit einer neuen Diodenlasertrocknung. Das Verfahren reduziert bei gleichblei- bender Qualität die Trocknungszeit um mehr als 60 %. I K N H C E T S S E Z O R P - R E S A L 26 e n i l r e s a L : r e d l i B
In der industriellen Fertigung von Li- thium-Ionen-Batterien ist die Elek- trodentrocknung bisher einer der kritischsten Teilprozesse. Um die Ak- tivpaste (Slurry) zu trocknen, die im Rolle-zu-Rolle-Verfahren (R2R) auf eine Stromableiterfolie aufgebracht wird, ist viel Energie, Zeit und Platz erforderlich. Deshalb zählt dieser Schritt zu den kos- ten- und CO2-intensivsten in der gesamten Batterieproduktion. Vor diesem Hinter- grund wurde im Rahmen des Forschungs- projekts Ideel (Implementation of Laser Drying Processes for Economical & Eco- logical Lithium Ion Battery Production) ein alternatives Trocknungsverfahren un- ter Nutzung großflächiger Laserbestrah- lung entwickelt. Kooperation für die Lasertrocknung Schwerpunkt der Ideel-Forschungskoope- ration war zunächst die Entwicklung und schrittweise Optimierung eines geeigne- ten Lasertrocknungsverfahrens. Hierzu wurden eigens für den Lasereinsatz neue Werkstoffe zur Anoden- und Kathoden- beschichtung konzipiert und unter ande- rem wässrige Rezepturen auf Basis von Graphit, Lithiumeisenphosphat sowie Sili- ziumgraphit erprobt. Diese Aufgaben über- nahmen die Projektpartner Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen University und das Batterieforschungszentrum Münster Electrochemical Energy Technology (Meet) der Universität Münster. Projektleiter Laserline entwickelte als Wärmequelle ein hocheffizientes Dioden- lasersystem mit einem elektrischen Wir- kungsgrad von mehr als 50% und einer neuen Bearbeitungsoptik mit koaxialer Thermografiekopplung und rechtecki- gem Laserspot von über 0,5 m Breite. Für eine kontaktlose, automatische Prozess- überwachung und -steuerung wurde von den Projektpartnern Optris, Laserline und dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) eine hochintegrative Thermografie- kamera mit Industrie-PC-kompatibler Da- tenausgabe entwickelt. Diese stellt auch bei wechselnden Bahngeschwindig- keiten und Beschichtungsdicken eine konstante Zieltemperatur sicher. Aus diesen Systemkomponenten baute der Projektpartner Coatema Coating Machinery als Demonstrator eine modulare Lasertrocknungsein- heit mit spezialisiertem Luftkonzept und maßgeschneiderten Doppelkam- mer-Breitschlitzdüsen zum schnellen und sicheren Auftrag der wasserba- sierten Batteriepasten. Innerhalb dieses Demonstrators wurde der laser- basierte R2R-Trocknungsprozess auf industrietypische Vorschubgeschwin- digkeiten hochskaliert sowie die op- timale Prozesskonfiguration ermittelt und validiert. Diese Aufgabe über- nahmen das Fraunhofer ILT und die Fraunhofer-Einrichtung Forschungs- fertigung Batteriezelle (FFB). Skaliert mittels Hybridtechnik Da für den Trocknungsprozess ne- ben der Erwärmung auch ein Massen- transport durch Luftabfuhr nötig ist, wurde als technisch und wirtschaft- lich erfolgversprechendster Ansatz eine Hybridkonfiguration mit Heiß- luft- und Lasermodulen realisiert. In dieser R2R-Prozesskonfiguration er- folgt zunächst eine Lasertrocknung zur schnellen Erwärmung und Vor- trocknung des Slurrys. Der nachgela- gerte Konvektionsofen verlängert die Temperaturhaltezeit und schließt die Durchtrocknung der Aktivpaste ab. Mit diesem Ansatz lassen sich die Vorteile des neuen Verfahrens auch bei Bestandsanlagen nutzen, die dazu nachträglich um Lasermodule ergänzt werden können. So lassen sich techni- sche Verbesserungen einführen, ohne dass bestehende Investitionsgüter er- setzt werden müssen. Das von den Projektpartnern ent- wickelte hybride Trocknungssystem erreicht schließlich eine Bahnge- schwindigkeit von 30 m/min und verkürzt die Trocknungszeiten um > > > 27 LP.PRO TO GO Ein hybrides Trocknungs- verfahren aus Laser- und Konvektionstechnologie ermöglicht die signifikante Verkürzung der Trocknungs- zeiten in der Elektroden- fertigung. Durch gezielte Laservor- trocknung und thermische Nachbehandlung im Kon- vektionsofen konnte eine Bahngeschwindigkeit von 30 m/min erreicht werden. Der Ansatz ist nachrüstbar, reduziert den Platz- und Energiebedarf und stellt damit eine wirtschaftliche sowie ökologische Verbes- serung gegenüber heutigen Verfahren dar.
Projektpartner beim Abschluss- meeting des Forschungsprojekts Ideel, das am 31. Dezember 2024 nach dreijähriger Laufzeit endete 28 Thermografische Bilderfassung überwacht die Temperatur im Trocknungsprozess Der Demonstrator einer modularen Lasertrocknungseinheit diente unter anderem der Prozesskonfiguration mehr als 60%. Der Laser-Booster zu Pro- zessbeginn halbiert zudem die erforderli- che Ofenlänge, was wertvolle Prozessfläche spart und den Bedarf an energieintensiven Trockenräumen deutlich verringert. Die operativen Kosten des Trocknungsprozes- ses sinken so insgesamt um 20 bis 30%. Die reduzierte Ofennutzung bei gleich- zeitiger Auslastung der Anlage bis zum Le- bensdauerende führt zusätzlich zu einer deutlichen Verbesserung der CO2-Bilanz. Der neue Ansatz ermöglicht somit effizi- entere und umweltfreundlichere Verfahren in der Batterieproduktion; er verbessert die wirtschaftliche und ökologische Gesamt- bilanz deutlich. Prozess ist industrietauglich Gemeinsame Versuche des Fraunhofer ILT, des PEM der RWTH Aachen, des MEET-Batterieforschungszentrums und der Fraunhofer FFB an der Anlage zeigten, dass die hybride Trocknung genauso gute Ergebnisse liefert wie die her- kömmliche Konvektionstrocknung. Trotz erhöhter Durchsatzrate ist bei Adhäsion, Restfeuchte, elektrischer Leitfähigkeit und den elektrochemi- schen Eigenschaften eine mindestens gleichwertige Ergebnisqualität sicher- gestellt. Die industrielle Relevanz des entwickelten Verfahrens konnte somit vollständig belegt werden. Der im Rahmen des Ideel-Pro- jekts entwickelte Hybridprozess wird in die Arbeit der Fraunhofer FFB einfließen. Diese soll zum Ent- wicklungszentrum einer modernen Batteriezellproduktion für Deutsch- land und seine euro päischen Partner ausgebaut werden. ■ www.laserline.com
Terahertz-Dickenmessung in Prozessanwendungen c e t y l o P : d l i B Neu bei Polytec ist das Terahertz-Messsystem Irys des spa- nischen Herstellers Das-Nano für die Dicken analyse in au- tomatisierte Industrieanwendungen. Polytec übernimmt Beratung, Vertrieb und Schulung für Deutschland, Österreich und die Schweiz. Das Messsystem ist für die berührungs- und zerstörungs- freie ultraschnelle Messungen von Lack- und Materialschich- ten geeignet. Besonderes Merkmal ist nach Auskunft des Anbieters die Mehrschichtanalyse in Echtzeit, bei der bis zu fünf Schichten für unterschiedliche Materialien und Materi- alzustände gleichzeitig erfasst werden können. Das Terahertz-Messsystem lässt sich in automatisierte und robotergestützte Prozesse integrieren. Als Hauptanwen- dungsgebiet hat sich dem Anbieter zufolge die Qualitätskon- trolle bei der Karosserielackierung in der Automobilindustrie etabliert. E T K U D O R P 29 Die kontaktlose Terahertz-Messtech- nik von Das-Nano kann die Dicken unterschiedlicher Materialien gleich- zeitig erfassen WEITERE INFORMATIONEN n ic c tr o u lz - E l e h c B il d : S Der LDDP-30-125 ist dem Hersteller zufolge der kleinste Hoch-/Tiefsetzstel- ler in seiner Leistungsklasse Hochleistungs- Laserdiodentreiber Der LDDP-30-125, ein neuer Laserdiodentreiber von Schulz-Electronic, ist für Anwendungen mit langen Strings aus High-Power-Single-Emitter-Laserdioden und hohen Spannungen bis 125 V entwickelt worden. Er stellt eine Ausgangsspannung von bis zu 125 V und einen Strom von 30 A zur Verfügung. Der hochintegrierte Buck/Boost-Wandler erreicht eine elektrische Leistung von 3600 W und misst lediglich 180 x 70 x 28 mm3. Damit erreicht der Laserdiodentreiber eine Leistungsdichte von mehr als 10 W/cm³. Er lässt sich mit handelsüblichen 48-V(DC)-Netz- teilen betreiben; seine Signalein- und -ausgänge (USB, RS485 sowie analog) sind voll- ständig isoliert. WEITERE INFORMATIONEN BEST IN CLASS SiC MIRRORS FOR 3D PRINTING LOW MOMENT OF INERTIA HIGH RESONANCE FREQUENCY FAST THERMAL STABILIZATION HIGH-END LASER PROCESSES HIGH PERFORMANCE LIGHTWEIGHT SIC MIRRORS SCANCOAT 1080-H AND 355-D APPROVED FOR 3D PRINTING www.optosic.de/3d-print MERSEN Deutschland Holding DIVISION optoSiC fon +49 (0) 89 780 72 39 - 0 email info.munich@mersen.com www.optosic.com VISIT US AT FORMNEXT FRANKFURT 18.11. - 21.11.2025 / BOOTH 11.0 D49
G N U T I E B R A E B L A R E T A M I 30 I M c i n o s n a c S , n e f f e t S & n n a m g r e B , y r o t c a F n u B t / e e w S m o c . k c o t s i : r e d l i B Bis zu 960 runde Batterie- zellen, etwa vom Typ 4680, bilden das Batterie- pack für ein Elektroauto
Laserschweißen von Batteriezellen im Sekundentakt Die Fertigung von Batterien für die Elektromobilität stellt außergewöhnliche technologische Anforderungen. Präzision, Prozesssicherheit und ein hoher Durchsatz sind dabei ausschlaggebend. Für eine Pilotserien- anlage lieferte Scansonic eine Laseroptik, die für diesen Einsatzzweck optimiert wurde. 31 Das Unternehmen Bergmann & Steffen ist Spezialist für Schweiß- und Verbindungs- technik. Der überwiegende Teil seiner Kundschaft kommt aus der Automobilindustrie. Wie bei an- deren Automobilzulieferern spielt der Wandel hin zur Elektromobilität inzwi- schen eine wichtige Rolle. Darunter fällt beispielsweise die Fertigung von Fahr- zeugbatterien für Elektroautos. Diese ist ungleich komplexer als die Herstellung von Treibstofftanks herkömmlicher Fahr- zeuge mit Verbrennungsmotor. Der Batteriepack erfordert unter an- derem die fehlerfreie Kontaktierung vie- ler Einzelzellen. „Das Verschweißen von verschiedenen Batteriezellen zu einem Batteriepack ist in der Branche eine der aktuellen Herausforderungen, der wir uns gestellt haben“, sagt Uwe Bergmann, ge- schäftsführender Gesellschafter des Unter- nehmens. Da die Entwicklung aktuell zu Hochvoltsystemen geht, müssen immer mehr Batteriezellen in Reihe geschaltet werden. Auf Anfrage eines Automobil- herstellers hat Bergmann & Steffen ein Pilotseriensystem entwickelt, das die si- chere und schnelle Verschweißung von Batteriekontakten für die Volumenpro- duktion ermöglicht. Aktuell erprobt der Automobilhersteller in seiner Fer- tigung den künftigen Serienbetrieb mit dieser Anlage. Herausforderungen im Automobilbau Der Autobauer setzt auf runde Zel- len vom Typ 4680 mit 960 Zellen pro Batteriepack. Anode und Kathode benachbarter Zellen werden jeweils auf der Oberseite kontaktiert, indem kurze Stege – sogenannte Zellverbin- der – aus Aluminium aufgeschweißt werden. Während der Kontakt an der Anode aus Aluminium besteht, kommt an der Kathode vernickelter Stahl (Hilumin) zum Einsatz, was den Schweißprozess deutlich anspruchs- voller macht. „Eine der zusätzlichen Schwie- rigkeiten besteht darin, dass die ein- zelnen Zellen mit einer gewissen Toleranz positioniert sind“, erklärt Bergmann: „Das System muss also die Stellen, an denen geschweißt wer- den soll, sicher erkennen können.“ Hinzu kommen die üblichen Anfor- derungen: Prozesssicherheit und Ge- > > > schwindigkeit.
Mit der Kombination von zwei Spannmasken und einer FCW-Laserschweißoptik erreicht der Scanwalker hohe Fertigungsgeschwindigkeiten 32 Die FCW-Schweißoptik von Scansonic eignet sich besonders für fliegende Schweißanwendungen Eine einzige fehlerhafte Schweißverbin- dung macht den gesamten Batteriepack unbrauchbar. Die hohe Geschwindigkeit ist notwendig, um die kurzen Taktzei- ten erreichen zu können, die in der Au- tomobilindustrie bei Volumenmodellen gefordert sind. Um die Kontakte sicher und schnell zu verschweißen, hat Bergmann & Steffen ein System entwickelt, das Bildverarbeitung, schnelle Spanntechnik und Laserschwei- ßen zusammenführt. Linear antriebe bewegen dabei Spannmasken von Batte- riezelle zu Batteriezelle und fixieren so die zuvor aufgelegten Zellverbinder. Da zwei Spannmasken abwechselnd arbei- ten, ähnelt die Bewegung einem Gehen. „Deswegen haben wir das System Scan- walker genannt“, sagt Bergmann. Die Laser optik inklusive Scanner wird wäh- rend des Prozesses auf einer unab- hängigen Linearachse kontinuierlich über das Schweißfeld bewegt, was eine komplexe Ansteuerung erfordert. Das System Scanwalker ist laut Her- steller zum Patent angemeldet. Schweißoptik kommuniziert in Echtzeit Während der Entwicklung hat das Unternehmen verschiedene Laser- strahlquellen, Laserschweißoptiken und Prozessüberwachungssysteme getestet. Dafür steht am Firmensitz ein umfangreich ausgestattetes Laser- zentrum zur Verfügung. Bei der Op- tik haben sich die Entwickler für die FCW-Systemtechnik (Fast Component Welding) von Scansonic entschieden. Den Hauptgrund dafür nennt der Ge-
schäftsführer: „Scansonic hat viel Erfah- rung in der Kombination von Roboter und Laseroptik und kennt sich dadurch sehr gut mit sogenannten On-the-Fly-Prozes- sen aus.“ Hierbei bewegt sich die Optik während des Schweißvorgangs auf einer vordefinierten Schweißbahn relativ zum Material. Andere Laserschweißoptiken arbeiten dagegen eher statisch. Beson- ders das gleichzeitige Verschweißen von Hilumin und Aluminium erforderte viel Know-how über Prozessparameter und Schweißstrategien. Um die genaue Lage der Batteriezel- len und der Zellverbinder zu detektieren, nimmt ein Kamerasystem deren Position auf, bevor die Spannmaske positioniert wird. „Die Kommunikation zwischen Ka- merasystem, den Antriebseinheiten der Spannmasken sowie den Laserscannern ist im Gesamtprozess entscheidend“, be- tont Bergmann. „Wir benötigen hier eine Kommunikation in Echtzeit im Mikro- sekundenbereich.“ Auch diese Anforde- rung erfüllt die FCW-Laseroptik. Mittels dynamischer Spiegelbewegungen werden die vorgegebenen Schweißbahnen räum- lich exakt und mit hoher Geschwindigkeit abgefahren. Dies wird auch maßgeblich durch das große Scanfeld der Optik von 160 x 160 mm2 unterstützt. Parallele Laserprozesse für schnelles Schweißen In der aktuellen Konfiguration kann der Scanwalker vier Laserschweißungen pro Sekunde durchführen. Die Fertigstellung des gesamten Batteriepacks mit 960 Zel- len dauert also vier Minuten, da in der Se- rienanlage zwei Schweißsysteme parallel an einem Batteriepack arbeiten. Je nach Geometrie der Zellen und Verbinder sind sogar bis zu sechs Schweißungen pro Se- kunde möglich. Der Einsatz zusätzlicher Laserscanner würde die Geschwindigkeit weiter erhöhen. Die FCW-Systemtechnik bietet für solche Anwendungen eine Par- allelisierung der Laserprozesse an. 2023 hat Bergmann & Steffen dem Au- tomobilhersteller das Scanwalker-System mit der On-the-Fly-Laserschweißeinheit an einem Labormodell präsentiert. Ausführliche Tests fielen so überzeu- gend aus, dass im Anschluss eine Pi- lotserienanlage bestellt wurde, die seit Anfang 2024 beim Autobauer in Betrieb ist. Auf dieser Anlage wird aktuell die Serienfertigung der Batte- riepacks validiert. Dabei werden die Qualität der Schweißungen und die Stabilität des Prozesses überprüft. Die Integration der Anlage in eine Seri- enproduktion steht an. Enge Zusammenarbeit für die Entwicklung Die Zusammenarbeit mit Scansonic beschreibt Uwe Bergmann wie folgt: „Scansonic antizipiert immer aktiv mögliche Kundenbedürfnisse. Als wir 2022 begannen unseren Scanwalker zu entwickeln und erste Gespräche führten, war die FCW-Optik noch gar nicht als Produkt erhältlich. Insofern sind sicher auch Impulse aus unserer speziellen Batterieanwendung in die Entwicklung eingeflossen. Also eine echte Win-Win-Situation für uns und für Scansonic.“ ■ www.scansonic.de 33 33 LP.PRO TO GO Das System Scanwalker kombiniert Bildverarbei- tung, Lineartechnik und Laserscanner zu einem automatisierten Schweißgerät für Batteriezellen. Die integrierte Laseroptik von Scansonic erlaubt On-the-Fly-Schweißen mittels dynamischer Strahl- führung auf einer großen Scanfläche. Das System wird für die Volumenproduktion eines Automobilherstellers in einer Pilotanlage zur Seri- enfertigung getestet.
Zertifizierte Tischgerät- Solarsimulatoren Bildverarbeitungssoftware in neuer Version T V E : d l i B MKS hat die Solarsimulatoren Newport Solaris Series Class A+AA vorgestellt. Die Tischgeräte nutzen als Emitter eine Xenonbogenlampe, um das Sonnenlicht zu simulieren. Die breitbandige Lichtquelle mit kontinuierlichem Spek- tralbereich von UV über VIS bis IR kommt dem natürlichen Sonnenlicht – dem Hersteller zufolge – sehr nahe. Die Be- strahlfläche beträgt maximal 30,5 cm x 30,5 cm. Die Newport-Solaris-Serie ist nach IEC 60904-9:2020 zer- tifiziert und erfüllt somit alle Kriterien der höchsten Bewer- tungsklassen bezüglich spektraler Übereinstimmung (A+), gleichmäßiger Lichtverteilung (A) und stabiler Lichtinten- sität (A). Die Simulatoren sind industrietauglich und lassen sich auch unter rauen Bedingungen zuverlässig betreiben. E T K U D O R P 34 Eine neue Python-Skipt- erstellung ergänzt die bestehende Visual-Basic- Funktionalität S K M : d l i B Die Serie unterstützt auch innovative Entwicklungen in der Photovoltaikforschung, wie organische Zellen und Perowskit-basierte Tandem-/ Mehrfachzellen Jeder Solaris-Sonnensimulator wird außerdem individuell mit einem vollständigen Messprotokoll ausgeliefert. Dieser umfassende Prüfbericht dokumentiert, dass das Gerät den IEC-Normen entspricht. Die Solaris-Serie ist in fünf Standardkonfigurationen oder kundenindividuell angepasst verfügbar. WEITERE INFORMATIONEN EyeVision 4.5 ist die neue Version der Bildverarbeitungs- software von EVT. Ergänzt wurde laut Anbieter unter anderem eine optionale Python-Skripterstellung, ver- besserte Deep-Learning-Funktionen sowie erweiterte 3-D-Werkzeuge. Während Visual Basic weiterhin die Hauptskriptsprache in EyeVision bleibt, ist die optionale Python-Unterstützung für fortgeschrittene Nutzer gedacht. Python kann für komplexe Ergebnisverarbeitung, Daten- management und Logiksteuerung verwendet werden und bietet vollen Zugriff auf EyeVision-Datenstrukturen wie den DataTree und Register. Der neue Python-Interpreter ist dazu vollständig in die grafische Benutzeroberfläche integriert. Ergänzt wurde zu- dem ein intelligenteres Datenmanagement, das die Da- taTree-Funktionalität für eine einfachere Integration mit Webservern und externen Anwendungen erweitert. Optimierte Deep-Learning-Module verbessern Bildseg- mentierung und Objekterkennung und ermöglichen die Anomalieerkennung jetzt auch in 3-D. Auch die Annota- tion- und Trainingsoberfläche wurde für eine einfachere Modellkonfiguration überarbeitet. Darüber hinaus wurde die Hardware- und Kamerakompatibilität ausgebaut. Die Software unterstützt noch mehr Kamerasysteme und Sen- soren und neue Treiber für für RVBust, Sengoic, Hefei I- Tek, The Imaging Source (GenTL), Precitec, NextVision und Micro-Epsilon sind verfügbar. WEITERE INFORMATIONEN
Rauscharme Netzteile in der hochpräzisen Lasersynchronisation Ultrakurzpulslaser werden immer kompakter, leistungsfähiger und erschwinglicher. Die hochpräzise Synchronisation dieser Laserquellen stößt inzwischen an technische Grenzen. Die Desy-Ausgründung Cylce entwickelt Synchronisationssysteme, die Ultrakurzpulslaser mit Mikro- wellenoszillatoren bis in den Femtosekundenbereich exakt abstimmen. Eine entscheidende Rolle spielen dabei Ultra-Low-Noise-Netzteile. AUTORIN UND AUTOR Dr. Alice Autuori | Produktmanagerin, Cycle Roman Reimer | Experte für Schaltnetzteile, Burger Engineering Synchronisationen im Bereich von Nanosekunden reichen für moderne Anwendungen oft nicht mehr aus, etwa in Teilchenbeschleunigern so- wie Freie-Elektronen-Lasern (FEL), bei Hochintensitätslasern oder in der Sa- tellitenkommunikation. Dies stellt her- kömmliche Synchronisationssysteme vor erhebliche Herausforderungen, die durch typische Probleme wie Signalrauschen und instabile Umgebungsbedingungen in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt sind. Phasenrauschen begrenzt Zeitauflösung Hier setzt die Technologie der Firma Cycle an, einer Ausgründung des For- schungszentrums Deutsches Elektronen- Synchrotron (Desy). Cycle entwickelt hochpräzise Synchronisationssysteme für Laseroszillatoren wie Ultrakurz- pulslaser sowie Mikrowellenoszillato- ren. Die Technologie des Unternehmens ist dort interessant, wo in Wissenschaft und Industrie herkömmliche elektroni- sche Systeme an ihre Grenzen stoßen. GERINGES RAUSCHEN FÜR LANGZEITSTABILITÄT Cycle setzt spezielle Ultra-Low- Noise-Netzteile des Herstellers Daitron ein. Sie laufen bereits seit drei Jahren ohne mess- baren Leistungsabfall in den 24/7- Betriebssystemen von Cyle. Daitron-Netzteile setzen auf Resonanz-Mode-Technolo- gie mit Soft Switching, wodurch Störsignale auf unter 1 mVSS gesenkt werden. Damit bieten sie eine ähnlich geringe Stör- spannung wie lineargeregelte Netzteile, jedoch bei höherer Effizienz und kompakterem Design. Während diese Ultra- Low-Noise-Netzteile in Asien und den USA bereits etabliert sind, wächst ihr Einsatz in Euro- pa erst jetzt – insbesondere bei höchsten Präzisionsanforde- rungen wie Analytik, Medizin- technik oder in der Forschung. Das ist vor allem dann der Fall, wenn es um ultrakurze Zeitintervalle und präzise Signalabgleiche geht. Klassische Synchronisationsverfahren optischer und Mikrowellensignale basie- ren auf direkter Fotodetektion, bei der Lichtimpulse in elektrische Signale um- gewandelt werden, um Phasenvergleiche durchzuführen. Diese Methode ist jedoch anfällig für Lichtintensitäts- und Tempe- raturschwankungen – beides verursacht Phasenrauschen und begrenzt die Timing- Auflösung auf den Pikosekundenbereich und somit auf eine Präzision, die für An- wendungen wie FELs oder moderne Teil- chenbeschleuniger nicht ausreicht. Um eine signifikant höhere Präzision bei I K N O R T K E L E O T P O 36 g n i r e e n i g n E r e g r u B : r e d l i B
In Teilchenbeschleunigern müssen Taktsignale präzise über lange Strecken synchronisiert werden. VCOs beispielsweise können über optische Timing-Signale hochgenau ausgelöst werden 37 Synchronisationssystemen zu realisie- ren, verbaut Cycle rauscharme Daitron- Schaltnetzteile von Burger Engineering. Diese minimieren elektrische Störungen und bieten Ripple-Werte unter 1 mVSS. Ultra-Low-Noise-Netzteile kommen be- sonders in Hightech-Sparten wie Medi- zintechnik, Spektroskopie oder präziser Längenmesstechnik zum Einsatz. Im Ver- gleich zu herkömmlichen Linearnetztei- len, die üblicherweise für empfindliche Anwendungen genutzt werden, kombi- nieren Ultra-Low-Noise-Netzteile geringe Störemissionen mit höherer Energieeffizi- enz und kompakter Bauweise. Dies spart nicht nur Platz, sondern optimiert auch die Gesamtleistung der Systeme. Optoelektronische Phasenregelung Basierend auf dem Prinzip der elektroop- tischen Phasendetektion, das von Cycle- Gründer Professor Franz X. Kärtner und seiner Forschungsgruppe am MIT in den USA sowie später am Desy und an der Universität Hamburg demons triert wurde, hat das F&E-Team von Cycle den ersten industriellen optischen Mikrowellen-Pha- sendetektor namens BOMPD (Balanced Optical Microwave Phase Detector) mit Subfemtosekunden-Auflösung entwickelt. Dieser ermöglicht einen optoelektroni- schen Phasenregelkreis zwischen einem Laseroszillator und einem Mikrowellen- > > > oszillator. Der BOMPD von Cycle im kompakten Gehäuse
Funktionsweise eines Balanced Optical Microwave Phase Detector (BOMPD): Das Ausgangssignal ist der Phasenfehler zwischen Laser- und Mikrowellenoszillator 38 Synchronisation mit einem BOMPD: (a) Synchronisation eines VCO (Voltage-Controlled Oscillator) mit dem Pulszug eines Femtosekundenlasers; (b) Synchronisation eines Lasers mit einem Mikrowellensignal Vergleich von Ausgangsripple und Rauschen typischer Produkte (linear, getaktet) mit dem des Daitron Ultra Low Noise LFS50A (rechts), basierend auf der Messmethode von Burger Engineering LP.PRO TO GO Ultrakurzpulslaser müssen in Hightech-Anwendungen hochpräzise getaktet und synchronisiert werden. Mithilfe einer elektrooptischen Phasendetektion gelingt es, zeitliche Abweichungen im Subfemtosekun- denbereich präzise auszugleichen. Ultra-Low-Noise-Netzteile ermöglichen dank ihrer niedrigen Ripple-Werte eine optimierte Stromversor- gung für hochsensible optoelektronische Systeme. Die Lichtpulse aus dem Ultrakurzpuls- laser werden dazu in zwei Arme aufgeteilt und in Amplitudenmodulatoren geleitet, die von der Mikrowellenquelle angetrie- ben werden. Der Phasenfehler wird in ein Intensitätsungleichgewicht der geteilten Strahlen umgewandelt und von einem Gegentakt-Fotodetektor erfasst. Dieser lie- fert das Fehlersignal zur Stabilisierung ei- nes Voltage-Controlled Oscillator (VCO) oder Lasers. Da der Phasenfehler beziehungsweise der zeitliche Versatz zwischen Laserpuls- zug und Mikrowellensignal mittels der Amplitudenmodulatoren in einen Inten- sitätsunterschied bereits vor der Detek- tion umgewandelt wird, lassen sich neue Rekordgeschwindigkeiten im Timing er- reichen. Das zum Phasenfehler propor- tionale Ausgangssignal kann von dem rauscharmen Controller Esync von Cylce verwendet werden, um die Abweichung vom Nullpunkt der Amplitudenmodu- lation aktiv zu kompensieren. Mit einer Auflösung unter 0,5 fs und einer Drift von weniger als 20 fs in zehn Stunden bietet die BOMPD-Technologie neben ihrer Prä- zision langfristige Stabilität. Auf weitere Anwendungen ausweiten Die Partnerschaft zwischen Cycle und Burger Engineering zeigt, wie sich Spitzentechnologie und spezialisierte Komponenten, wie die Ultra-Low- Noise-Netzteile, kombinieren lassen, um Präzision und Stabilität in neuen Grö- ßenordnungen zu ermöglichen. Geplant ist, die Femtosekundensynchronisation weiter zu optimieren und auf Gebiete wie Quantencomputing oder ultraschnelle Datennetzwerke zu übertragen. Beide Unternehmenbeabsichtigen, neue Märkte zu erschließen, etwa in der europäischen Halbleiterindustrie oder in der satellitengestützten Kommunikation und Erd beobachtung. ■ www.burger-engineering.de www.cyclelasers.com
DFB-Laser vereinen weite Ab- stimmbarkeit mit einer hohen Ausgangsleistung Modensprungfreier Laser für die Messtechnik s c i n o t o h P a c i t p o T : d l i B Der modensprungfreie Diodelaser DFB Pro 633 von Toptica Photonics ist ein abstimmbarer Laser für die Mess- technik mit einer Ausgangsleistung von bis zu 8 mW. Der Einfrequenz- laser auf Basis einer DFB-Diode (Dis- tributed Feedback) emittiert bei einer Zentralwellenlänge von 633 nm und bietet einen modensprungfreien Abstimmbereich von 200 GHz. Angetrieben wird er von Topticas DLC-Pro-Controller. Das frequenzselektive Element des Lasers – ein Bragg-Gitter – ist in den aktiven Teil des Halbleiters integriert und gewährleistet den kontinuierlichen Einfrequenzbetrieb. Da keine ausrichtungssensitiven Komponenten vorhan- den sind, zeichnen sich DFB-Laser durch eine hohe Sta- bilität und Zuverlässigkeit aus. Sie funktionieren auch unter rauen Umgebungsbedingungen. An- wendungen liegen beispielsweise in der Halbleitermesstechnik und Spektroskopie. WEITERE INFORMATIONEN Portable Infrarot-Sichtgeräte Edmund Optics erweitert sein Angebot an tragbaren Infrarot-Sichtgeräten. Die neuen Produkte sollen Ingenieurinnen und Wissenschaftler beim Visualisieren, Justieren und Überwachen von Laserstrahlen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen unter- stützen. Anwendungen in der Halbleitertechnik, Kommunikationstechnik, Biomedizin und industriellen Forschung sollen sich damit präziser und effizi- enter umsetzen lassen. Portable IR Viewer Die neue Generation der IR-Sichtgeräte umfasst Varianten mit verschiede- nen Vergrößerungen, Wellenlängenempfindlichkeiten und Konfigurationen. Dazu bietet Edmund Optics Komponenten wie C-Mount-Objektive, IR-Filter und Kameraadapter an, die sich laut Anbieter in bestehende Aufbauten integrieren lassen. Ein Vorteil für Forschung und Industrie ist die kurz- fristige Verfügbarkeit der Komponenten und Geräte, die helfen kann Ausfallzeiten zu verringern. WEITERE INFORMATIONEN Effiziente Kühlung für maximale Präzision Leistungsstarke LASERSYSTEME in der Metallbearbeitung oder hochpräzise MINIATUR-LASER in der Medizintechnik – ohne zuver- lässiges THERMOMANAGEMENT drohen Qualitätseinbußen und Prozessrisiken. Unsere innovativen Kühl- und Temperierlösungen sorgen für höchste Präzision, Stabilität und Effizienz. Jetzt entdecken! s c i t p O d n u m d E : d l i B www.technotrans.de power to transform
i n o i t a k n u m m o K - t i b a g g i t l u M e h c s i t p O i Hochauflösende Sensoren und automatisierte Fahrfunktio- nen vergrößern den Bandbreitenbedarf im Fahrzeuginnern enorm. Mit 25GBASE-AU liegt nun ein Ethernet-Standard vor, der speziell für Automobilumgebungen ausgelegt ist – einschließlich hoher Temperaturen, Vibrationen und langer Lebensdauer. AUTOR Óscar Ciordia | Marketing and Sales Director bei KD n e g u e z r h a F n i S C I N O T O H P E R U T U F 40 D K : r e d l i B
Die zunehmende Sensorik automatisierter Fahrzeuge erfordert leistungsstarke, ultraschnelle Netzwerke. Biegeunempfindliche, für den Automobileinsatz zugelassene Multimode-Glasfaser bildet dafür die robuste Infrastruktur 41 Fahrerassistenz, Kameraüber- wachung, Radar, Lidar und In- fotainment benötigen immer höhere Datenraten. Der Trend geht von 100 Mbit/s über 1 und 10 Gbit/s bis hin zu 25 Gbit/s und darü- ber hinaus [1]. Es erscheint naheliegend, auf etablierte Ethernet-Standards zurückzugreifen – wie 25GBASE-SR, ursprünglich konzipiert für Hochleistungsrechner und Rechen- zentren. Doch das automobile Umfeld stellt eigene Forderungen: extreme Tem- peraturen, dauerhafte Vibrationen, enge Vorgaben bei Kosten und Gewicht, lange Lebenszyklen sowie höchste Zuverlässig- keit. Dafür jedoch wurde 25GBASE-SR nie ausgelegt [2]. Für die speziellen Anforderungen der Fahrzeugtechnik hat die IEEE-802.3-Ar- beitsgruppe – als ein neues Mitglied der Automotive-Multigigabit-Ethernet-Fami- lie – den Standard 25GBASE-AU entwi- ckelt, definiert unter IEEE 802.3cz-2023. Von Grund auf für den Einsatz in Fahr- zeugen konzipiert, adressiert der PHY- Standard gezielt die Unzulänglichkeiten von 25GBASE-SR. Rechenzentrumstandard 25GBASE-SR … Spezifiziert im IEEE-Standard 802.3by für Rechenzentren, ermöglicht 25GBASE- SR die 25-Gbit/s-Ethernet-Anbindung über Multimode-Glasfasern. Typischer- weise kommt es für Verbindungen mit kurzer Reichweite zum Einsatz – bis 70 m mit OM3- und bis 100 m mit optimierten OM4-Fasern – unter streng kontrollier- ten Umgebungsbedingungen [3]. Zu den Vorteilen zählen niedrige Latenz, geringe Kosten pro Gigabit und die Nutzung der bewährten 850-nm-VCSEL-Technologie. 25GBASE-SR verwendet OM3/OM4/ OM5-Multimode-Glasfaser (50/125 µm), die für den Betrieb mit 850-nm-VCSELs optimiert ist. Mit OM3-Faser erzielt es eine Reichweite von bis zu 70 m, vo- rausgesetzt, es werden nur wenige Steckverbinder verwendet und die Ein- fügungsdämpfung ist gering [4]. Wie frü- here Standards arbeitet 25GBASE-SR bei 850 nm, einer Wellenlänge im nahen Infrarot, für die VCSELs kos- tengünstig und einfach herzustellen sind. Jedoch sind die Laser empfind- lich gegenüber hohen Temperaturen; oberhalb von etwa 85 °C verschlech- tern sich ihre Leistung und Lebens- dauer erheblich [2]. Die zulässige Kanal-Einfügedämp- fung für 25GBASE-SR beträgt nur 1,8 dB, einschließlich der Glasfaser und aller Steckverbinder [3]. Dies erfordert eine saubere Umgebung mit nur 1,5 dB für Steckverbinder- Einfügungsdämpfung. Standardmä- ßige 25GBASE-SR-Transceiver sind für gewerbliche (0 bis 70 °C) oder industrielle Umgebungen (circa 0 bis 85 °C) ausgelegt und nicht für den von Automobilstandards wie AEC-Q100 Grade 2 geforderten Tem- peraturbereich von -40 bis 105 °C qualifiziert [5]. SR ist für ein oder zwei Steckver- bindungen in einer strukturierten Verkabelung konzipiert. Es unter- stützt weder mehrere Inline-Ste- cker noch toleriert es mechanische Fehlausrichtungen, Staub oder vibra- tionsbedingte Verluste. Standardmä- ßig verfügt 25GBASE-SR weder über integrierte adaptive Entzerrung und Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) noch über bandinterne Diagnose (Opera- tions, Administration und Mainte- nance, OAM). Diese sind entweder optional oder müssen extern vom Host-System verwaltet werden. … mit gravierenden Einschränkungen Als bewährte Lösung in Rechenzen- tren war 25GBASE-SR nie für den automobilen Einsatz gedacht. Es erfordert saubere Glasfaserverbin- dungen, kurze Entfernungen und geringe Steckerverluste – Bedingun- gen, die in Fahrzeugen kaum re- alisierbar sind. Hinzu kommt das äußerst knappe Link-Budget von > > >
1,8 dB für die Kanal-Einfügedämpfung, das die Praxistauglichkeit von 25GBASE- SR für Fahrzeuge erheblich einschränkt. Bereits ein einziger schlecht ausgerich- teter oder verschmutzter Stecker kann die Verlustgrenze überschreiten und die Verbindung destabilisieren. Im Fahrzeug sind jedoch typischerweise drei bis vier solcher Steckverbindungen in einem ein- zigen optischen Pfad verbaut – jede ein- zelne trägt zu Dämpfung, Reflexionen und Modendispersion bei. Aufgrund dieser Eigenschaften erweist sich 25GBASE-SR als ungeeignet für den Automobileinsatz. Eine bloße Anpassung würde nicht ausreichen – nur eine voll- ständige Neuentwicklung kann die rauen Automotive-Anforderungen erfüllen. Genau diesen Schritt hat 25GBASE- AU vollzogen. 25GBASE-AU für realistische Umgebungen … Definiert im IEEE-Standard 802.3cz- 2023, ist 25GBASE-AU eine PHY- Technologie, die für die optische Multigigabit-Kommunikation im Automobilbereich – von Grund auf neu – entwickelt wurde. Sie ist zu- geschnitten auf die physikalischen, elektrischen und umgebungsbe- dingten Herausforderungen in Fahr- zeugen. Das Ergebnis: 25 Gbit/s Full-Duplex-Ethernet mit herausra- gender Zuverlässigkeit unter realen Fahrzeugbedingungen. 25GBASE-AU nutzt OM3-Multi- mode-Glasfaser in einer speziell für den Fahrzeugeinsatz entwickelten, besonders robusten Ausführung. Die Fasern sind in der Regel dicht gepuf- 42 Technischer Vergleich: Besonders deutlich zeigen sich die Unterschiede bei Link-Budget, thermischer Belastbarkeit, Steckverbindertoleranz und langfristiger Systemzuverlässigkeit – entscheidende Kriterien für die Automobilindustrie 25GBASE-SR 25GBASE-AU Vergleich Wellenlänge 850 nm Link-Budget 1,8 dB 980 nm 8,5 dB Nur 980-nm-Komponenten erfüllen die Lebensdaueranforderungen im Automobil Kritisch für Übertragungen >10 m mit mehreren Steckverbindern Kodierung/Modulation Einfache NRZ-Modulation Zusätzlich FEC + adaptive Entzerrung Resistent gegen raue Umgebungen und Verschleiß Robustheit Nicht Automotive- qualifiziert AEC-Q100-Grade-2- qualifiziert Toleriert Staub, Biegen, Vibrationen, Temperatur Aufbau, Leistungsaufnahme Steckbare Module Co-Package Device, <0,5 W Einzelkomponente, lötbar mit geringer Verlustleistung Eigenschaft 25GBASE-SR 25GBASE-AU AEC-Q100-qualifiziert Vibrationstest Nein Nein Feuchteresistenz Nicht garantiert Steckverbindertoleranz Gering Ja Ja Ja Hoch Langzeitzuverlässigkeit Circa 5 Jahre (IT-typisch) 15 Jahre und mehr Der Vergleich zeigt auf einen Blick, dass 25GBASE-AU die zukunftsfähige Technologie für den Datentransfer in Fahrzeugen ist
fert, biegeunempfindlich und mit wider- standsfähigen, temperaturbeständigen und abriebfesten Materialien ummantelt. Dies ermöglicht zuverlässige Verbindun- gen von mindestens 40 m Länge, unter- stützt bis zu vier Inline-Steckverbinder und gewährleistet eine gleichbleibende Leistung über die gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs hinweg [6]. Anstelle der 850-nm-VCSELs von 25GBASE-SR arbeitet 25GBASE-AU mit 980 nm – einer Wellenlänge mit deut- lich höherer thermischer Stabilität und Lebensdauer. VCSELs in diesem Spekt- rum sind wesentlich weniger anfällig für thermische Degradation und behalten ihre optische Ausgangsleistung sowie Modulationsfähigkeit selbst bei Umge- bungstemperaturen von bis zu 105 °C zuverlässig bei [2]. Darüber hinaus ver- wenden 980-nm-VCSELs aluminiumfreie Potenzialbarrieren, womit die Zuverläs- sigkeit dieser Bauelemente im Vergleich zu ihren 850-nm-Pendants erheblich zu- nimmt [7]. Analog zu 25GBASE-SR nutzt auch 25GBASE-AU NRZ-Modulation, was die Anforderungen an das Signal-Rausch- Verhältnis reduziert und die System- komplexität niedrig hält. Zudem verfügt 25GBASE-AU über eine leistungsstarke FEC sowie eine adaptive Entzerrung mit Echtzeit-Feedback. Die DSP-basierten Mechanismen ermöglichen eine dynami- sche Kompensation von Temperaturdrift, Alterungseffekten, modaler Dispersion und Toleranzen bei Steckverbindern – und sichern damit eine dauerhaft stabile, fehlerfreie Kommunikation [1]. Ein herausragendes Merkmal von 25GBASE-AU ist das großzügig ausge- legte Link-Budget. Es unterstützt Kanal- Einfügeverluste von bis zu 8,5 dB bei einer Datenrate von 25 Gbit/s – fast 7 dB mehr als bei 25GBASE-SR. Davon sind bis zu 8 dB für Verluste aufgrund von Steckverbindungen vorgesehen. Damit berücksichtigt der Standard reale Ein- satzbedingungen, bei denen optische Signale über mehrere – potenziell nicht perfekt justierte – Schnittstellen übertra- gen werden müssen. Diese Verlust- toleranz ist entscheidend, um über eine Fahrzeuglebensdauer von bis zu 15 Jahren eine stabile und feh- lerfreie Datenkommunikation sicher- zustellen. … kommt Kupfer gleich – und ist im Vorteil Alle Komponenten der 25GBASE-AU- Transceiver sind mindestens nach AEC-Q100 Grade 2 qualifiziert und damit für Temperaturen von -40 bis 105 °C ausgelegt. Diese Klassifizie- rung gewährleistet, dass der PHY auch ohne aktive Kühlung zuverläs- sig funktioniert – selbst an exponier- ten Einbaustellen wie im Motorraum, in Dachkameras, Kofferraum-Steu- ergeräten oder Sensor-Hubs unter den Sitzen [5]. Die Transceiver und Steckverbinder werden gezielt auf mechanische Belastungen wie Stöße, Vibrationen, Feuchtigkeitseintritt und Fehlausrichtung der Steckver- binder geprüft. Anders als die in Re- chenzentren üblichen LC-Verbinder in SR-Systemen nutzt 25GBASE-AU kompakte, Automotive-qualifizierte optische Stecker. Der Standard umfasst bandin- terne OAM-Funktionen zum Überwa- chen der Verbindung, Wake-up- und Sleep-Funktionen sowie Fehlerdiag- nose. Dies ermöglicht das Erkennen von Verschlechterungen wie Strom- ausfällen oder Verunreinigungen der Steckverbinder in Echtzeit [6]. 25GBASE-AU-PHYs wurden im Hinblick auf Energieeffizienz ent- wickelt und benötigen selbst bei 25 Gbit/s Übertragungsrate weniger als 1 W Leistung. Dank der Integra- tion in kompakte Siliziummodule, die sich direkt per Surface-Mount- Technik auf Steuergeräte montieren lassen, entfallen sperrige optische Transceiver, wie sie in 25GBASE-SR- Systemen üblich sind, vollständig. 25GBASE-AU ermöglicht 25-Gbit/s- Ethernet im Wesentlichen unter > > > 43 LP.PRO TO GO 25GBASE-SR stammt aus dem Rechenzentrum und ist für Fahrzeuganwendungen ungeeignet. Im Gegensatz dazu nutzt 25GBASE-AU robustere Komponenten, mehr Link- Budget sowie eine digitale Signalverarbeitung mit adaptiver Entzerrung und Vorwärtsfehlerkorrektur. Der PHY-Standard legt den Grundstein für stabile optische 25-Gbit/s-Kommu- nikation in Fahrzeugen.
44 Automotive-Transceiver KD7251 für 2,5 Gbit/s, 5 Gbit/s und 10 Gbit/s, konform zur IEEE-Standardspezifikation 802.3cz für den Highspeed- Datentransfer in Fahrzeugen Literaturhinweise 1 Optical Multi-Gigabit Connectivity in Vehicles; White Paper, KDPOF, 2021 2 C. Pardo, M. Martínez, J. Rodríguez, J.: Automotive Optical Multi-Gigabit PHY; Call-For-Interest Presentation, IEEE 802.3 Next-Gen Automotive Ether- net (2019) 3 EEE Standard for Ethernet Amend- ment 4: Physical Layer Specifications and Management Parameters for 25 Gb/s Operation Over MMF; IEEE Std 802.3by-2016 4 10-Gigabit and 25-Gigabit Ethernet: Technical Overview; White Paper, Cisco Systems, 2020 5 D. Gorski: PHY Testing for Multi-Giga- bit Automotive Ethernet over Glass Opti- cal Fiber; Electronic Design Magazine, Februar 2023 6 IEEE Standard for Ethernet Amend- ment 12: Physical Layer Specifications and Management Parameters for Multi-Gigabit Automotive Optical PHYs; IEEE Std 802.3cz-2023 7 R. Pérez-Aranda, J. Pankert: Optical Neurons to Interconnect Sensors and Artificial Brains in Autonomous Vehicles; Photonics Views, Volume 21, Issue 1, February/March 2024, pp. 39-43, DOI 10.1002/phvs.202300047 rauen Bedingungen, in denen bislang Kupferlösungen vorherrschten. Dabei liefert es nicht nur vergleichbare Leis- tung, sondern setzt neue Maßstäbe in puncto Gewichtseinsparung, elektromag- netischer Störfestigkeit und langfristiger Zuverlässigkeit. Fazit: Standard für künftige Fahrzeugnetze Mechanisch robust, thermisch stabil, ver- lusttolerant und für lange Lebensdauern ausgelegt: Im Vergleich zu 25GBASE-SR erfüllt 25GBASE-AU die spezifischen Anforderungen der Fahrzeugtechnik in vollem Umfang. Der Standard ist me- chanisch robust, thermisch stabil, ver- lusttolerant und für lange Lebensdauern ausgelegt. Damit ist er die Grundlage für die optische Hochgeschwindigkeitskom- munikation in zentralisierten E/E-Archi- tekturen künftiger Fahrzeuggenerationen. Die Kombination aus hoher Bandbreite, EMV-Festigkeit, mechanischer Robustheit und Energieeffizienz macht 25GBASE-AU zu einem zukunftssicheren Übertragungs- standard – sowohl für konventionelle Fahrzeugplattformen als auch für elek- trifizierte und automatisierte Mobilitäts- lösungen. ■ www.kd.tech
Longline-Lasermodul s t n e n o p m o C r e s a L : d l i B Laser Components hat ein robustes Lasermodul mit be- sonders langer uniformer Laserlinie entwickelt. Das neue Flexpoint HD-PL, das die HD-Serie des Anbieters erwei- tert, generiert eine rote oder grüne Laserlinie von bis zu 20 m und gleichmäßiger Intensität. Damit eignet es sich besonders für Positionieraufgaben in der Holz- und Me- tallindustrie, beispielsweise zum Schneiden, Sägen, Boh- ren und kreuzweisen Markieren langer Holzplanken oder Metallstäbe. Das Modul entspricht nach Angaben des Her- stellers den Anforderungen der Laserklasse 2, und ein zu- sätzlicher Augenschutz ist nicht nötig. Das robuste Gehäuse entspricht der Schutzart IP67 und ist sowohl in staubigen als auch in feuchten Produk- tionsumgebungen einsetzbar, etwa in Sägewerken. Mit- tels M12-Steckverbinder lässt sich das Lasermodul an die Versorgungsspannung anschließen. Ein fester oder ein variabler Fokus sind optional wählbar. E T K U D O R P 45 Das robuste Gehäuse erlaubt eine individuelle und schnelle Integration in Anlagen und Aufbauten WEITERE INFORMATIONEN Bild: Hamamatsu Photonics Die ungekühlten InGaAs-Zei- lensensoren der G1682x-Serie arbeiten im nahen Infrarot bei 0,9 bis 2,1 µm Ungekühlte InGaAs-Sensoren für NIR-Spektroskopie Die InGaAs-Zeilensensoren der G1682x-Serie von Hama- matsu Photonics adressieren das nahe Infrarot von 0,9 bis 2,1 µm – sowie Anwendungen in der Mehrkanal-Spektrofo- tometrie, Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle. Die Bauteile kombinieren ein frontbeleuchtetes InGaAs- Fotodiodenarray mit einem CMOS-Chip, arbeiten ohne Kühlung und halten den Dunkelstrom niedrig. Es entfällt die bislang übliche thermoelektrische Kühlung. Die Be- triebsspannung liegt bei 3,3 V. Je nach Modell variieren die Pixelgrößen zwischen 25 x 250 µm² und 50 x 250 µm². Ein wesentliches Merkmal ist die wählbare Umwand- lungseffizienz. Über eine externe Spannung lassen sich zwei Einstellungen, 16 und 160 nV/e-, auswählen. So kön- nen Anwender die Leistung variie- renden Messanforderungen anpassen, was den Einsatz bei OEMs wie in der For- schung unterstützt. WEITERE INFORMATIONEN Ihr Partner für Präzisions- optik & optische Systeme. SPECTROS AG 4107 Ettingen Schweiz Tel.+41 61 726 20 20 www.spectros.ch
Hybrid Bonding – was Positioniersysteme leisten müssen Ob Computerchips, Kamera- und Sensormodule oder photonische Bauelemente – integrierte Schaltungen bereiten den Weg zu mehr Leistung und Effizienz. Vor allem das Hybrid Bonding verspricht hier eine neue Stufe der Integration; die Verbindungstechnik stellt jedoch höchste Forderungen an das Posi tionieren im Bonding-Prozess. MKS kombiniert dafür Ro- botik, Vision-Systeme und Steuerungstechnik. AUTOREN Remi Chazalmartin | Director of Product Marketing and Applications, Sergei Postnikov | Senior Applications Engineer, Jeff Hansen | Senior Principal Applications Engineer, Dr. Marc Schenkelberger | Senior Manager of Sales bei MKS Die Miniaturisierung der Mikroelektronik erfordert es unter anderem, die Pa- ckungsdichte der Chips zu erhöhen – kleiner, dünner und kompakter lautet das Motto. Das sogenannte Hybrid Bonding ist der viel- versprechendste Weg, um kleinere, feiner gepitchte Dies (einzelne Halbeiterchips) zusammenzufügen. Beim Hybrid Bon- ding werden zwei extrem flache, glatte und saubere Oberflächen gleicher Mate- rialien in Kontakt gebracht. Dies erzeugt starke Bindungen auf atomarer Ebene zwischen den beiden Oberflächen, ohne Klebstoffe oder Lote. Angewendet wird diese Verbindungs- technik in der 3-D-Integration von Halb- leiterbauelementen, um beispielsweise Logik- und Speicherkomponenten auf einem einzigen Siliziumchip gestapelt unterzubringen. Auch in den Optischen Technologien lässt sich dieses Verfahren einsetzen: zum Beispiel in der Fertigung photonischer integrierter Schaltkreise (PICs) oder in der optischen Sensorik und Bildgebung, um Sensorchip und Speicher- oder Logikbausteine kom- pakter und effizienter zu integrieren. Der eigentliche Bindungsmecha- nismus beim Hybrid Bonding vari- iert je nach Material. Beim Kontakt zweier dielektrischer Oberflächen, beispielsweise SiO2, werden kova- lente Bindungen erzeugt, während sich bei zwei Kupferoberflächen im Rahmen eines zweistufigen Temper- prozesses eine metallurgische Bin- dung bildet. Es gibt viele verschiedene spe- zifische Ausführungen des Hybrid Bonding. Der Prozess kann Wafer-zu- Wafer (W2W), Die-zu-Wafer (D2W) oder Die-zu-Die (D2D) durchgeführt werden. Jede dieser Methoden hat ihre eigenen Vorteile und Nachteile in Bezug auf Durchsatz, Ausbeute und Kosten und daher spezifische Anwendungen, für die sie am bes- > > > ten geeignet ist. I I K N H C E T R E N O T I I S O P 46 S K M , s e g a m I y t t e G a i v e v i t a e r / C e b u c h s e m : r e d l i B
47 Vertikales Stapeln von Chipschichten wird bereits bei Computerspeichern (High-Bandwidth Memory, HBM) mittels Hybrid Bonding umgesetzt
48 Der Newport-Parallelroboter mit sechs Freiheitsgraden auf der Laser World of Photonics 2025 in München Ein voll integriertes Hybrid-Bonding-Modul, das die hohen mechanischen Anforderungen erfüllt Anforderungen an das Positioniersystem Jeder Schritt des Hybrid-Bonding-Pro- zesses ist anspruchsvoll und erfordert höchste Präzision. Es gilt, extrem flache und saubere Oberflächen vorzubereiten und diese dann mit hoher Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Stabilität relativ zueinander zu positionieren und zu hal- ten. Die spezifischen Anforderungen an das Positioniersystem hängen von der je- weiligen Implementierung ab. Dennoch lassen sich einige allgemeine Aussagen treffen. Präzision: Die beiden Oberflächen (zwei Wafer oder Dies und Wafer) müs- sen vom Positioniersystem sehr genau, wiederholbar und kontrolliert po- sitioniert werden. Dieser Prozess wird meist durch Passermarken und ein geeignetes Vision-Sys- tem unterstützt, das entweder im sichtbaren oder infraroten Bereich arbeitet. Im Allge- meinen ist die Ausrichtung für das W2W-Bonding an- spruchsvoller als für D2W. Die Anforderungen an die Gesamtpräzision der Aus- richtung steigen in den Bereich von Hunderten von Nanometern oder we- niger. Bei Wafern muss diese Präzi- sion zudem über mehrere Zentimeter aufrechterhalten werden. Wiederholbarkeit: Sie ist die Schlüsselanforderung an das Posi- tioniersystem. Hohe Wiederholbar- keit stellt sicher, dass Abweichungen in den mechanischen Komponenten oder im Vision-System das Ender- gebnis der Ausrichtung über ver- schiedene Bonding-Zyklen hinweg nicht signifikant beeinflussen. Die Leistung des Bewegungssystems ist das entscheidende Element für die Wiederholbarkeit, obwohl sie durch Parameter wie Kameraauflösung, Lichtverhältnisse oder Kalibrierungs- ungenauigkeiten sowie durch äußere Einflussfaktoren wie Umgebungstem- peratur, Luftfeuchtigkeit oder Vibrati- onen beeinflusst werden kann. Stabilität: Sie ist ein weiterer kri- tischer Faktor, insbesondere während des Bonding-Prozesses selbst sowie während der Inspektionsschritte. Die Stabilität während des Bondings aufrechtzuerhalten ist eine Heraus-
forderung, da dieser Zyklus mehrere Se- kunden dauern kann. Darüber hinaus sind Vibrationsdämpfung und aktive Vi- brationsisolierung erforderlich, um die Auswirkungen sowohl interner als auch externer Störquellen zu mindern. Typi- scherweise muss die Positionsstabilität während des gesamten Bonding-Pro- zesses innerhalb eines Bruchteils der spezifizierten Ausrichtungstoleranz auf- rechterhalten werden. Qualität und Durchsatz: Neben die- sen Anforderungen müssen die einzel- nen Komponenten außerdem so gewählt und kombiniert werden, dass die ge- forderte Fertigungsqualität bei einem hohen Durchsatz und bei geringen Kos- ten pro Die erzielt wird. Luftgelagerte Positioniersysteme, hochentwickelte Schienensysteme und hochpräzise Posi- tionierhalterungen für Kameras, die bei optischen Prüfungen verwendet werden, sind dafür unverzichtbar. Ebenso erfor- derlich sind empfindliche Messgeräte für die Überprüfung der Performance oder leistungsfähige Steuerungselektronik für die dynamische Positionierung. Robotiklösung mit sechs Freiheitsgraden Einer der führenden Hersteller bei der Entwicklung der Komponenten und de- ren Integration zu Fertigungslösungen ist MKS. Auf der Laser World of Photonics 2025 in München zeigte das Unterneh- men einen Newport-Parallelroboter mit sechs Freiheitsgraden, der zentrale An- forderungen der Next-Gen-Chipfertigung erfüllt. Der Parallelroboter übernimmt die präzise Positionierung beim W2W-Hyb- rid-Bonding sowohl für Through-Silicon Alignement (TSA) als auch für Surface Alignment (SA). Das Ziel von MKS ist es, in enger Zusammenarbeit mit dem Maschinenhersteller eine individuelle, auf dessen Schlüsselanforderungen ab- gestimmte Lösung zu entwickeln. Konkrete Anwendungsbeispiele zeigen die Vorteile der individuellen Lösungen: Beim TSA-Verfahren ist der obere Wafer fixiert, und der untere Wafer wird über ein Ausrichtungswerkzeug gesteuert. Die Herausforderung ist dabei, die korrekte relative Position der beiden Wafer zueinander anhand der Sili- zium-Ausrichtungswerkzeuge präzise anzufahren und die Wafer anschlie- ßend in Kontakt zu bringen. Die Po- sitionen der Wafer müssen während des gesamten Bonding-Vorgangs ex- trem stabil gehalten werden. Die Entwicklungsexperten kombinieren dazu verschiedene Newport-Kom- ponenten mit dem Parallelroboter; zusätzliche Positioniersysteme für Ka- meras, Isolationssysteme und Motion Controller werden auf stabilen Gra- nit-Positioniertischen integriert. Die Lösung erzielt eine Wiederholbarkeit von ±100 nm und eine XY-Stabilität während des Bondingprozesses von ±10 nm. Beim SA-Verfahren müssen die Positionen der Wafer im lokalen Ko- ordinatensystem ermittelt und in Systemkoordinaten umgewandelt werden. Die relative Position der bei- den Wafer wird jeweils über zwei Ka- meras bestimmt, um die Wafer über präzise Motionsysteme auszurichten. Hier wurde eine Lösung entwickelt, die die Positionierung in Y-Richtung über eine erweiterte Motion Stage mit einer Wiederholbarkeit im 100-nm- Bereich erzielt. Hybrid Bonding setzt Präzision voraus Das Hybride Bonding verändert die Halbleiterfertigung und bietet einen Hebel zur Effizienzsteigerung in der Fertigung. Die erfolgreiche Transfor- mation zum Hybrid Bonding setzt allerdings eine präzise Positionier- technik voraus, die Kontaktabstände unter 10 µm ermöglicht und die ho- hen Anforderungen auf der Submik- rometer-Ebene erfüllt. ■ www.newport.com 49 LP.PRO TO GO Hybrid Bonding eröffnet neue Möglichkeiten bei der Integration elektro- nischer und photonischer Schaltkreise. Der Prozess erfordert höchste mechanische Präzision, Wiederholbar- keit und Stabilität bei der Positionierung. Robotiklösungen mit sechs Freiheitsgraden, wie sie von MKS vorge- stellt wurden, erfüllen diese Anforderungen auf Submikrometer-Niveau.
S C I N O T O H P E R U T U F 50 s y F E l , n e n o n i e H a h u J : r e d l i B Mehr Licht, mehr Präzision Für die Detektion von nahinfrarotem Licht bei 1064 nm stoßen klassische Silizium-Fotodioden an physikalische Grenzen. Schwarzes Silizium mit nanostrukturierter Oberfläche verspricht hier mehr Quanteneffizienz – und damit leistungsfähigere Sensoren für militärische, industrielle und wissenschaftliche Anwendungen. AUTOR Toni Pasanen | Senior Project Engineer bei ElFys
Mit Schwarzem Silizium lassen sich dünnere Fotodetektorchips herstellen, mit derselben oder einer besseren Lichtabsorption im Vergleich zu dickeren Gegenstücken 51 NIR-Fotodetektoren unterlie- gen wachsenden Anforde- rungen: Applikationen wie Laserzielverfolgung, opti- sche Kommunikation oder medizinische Bildgebung brauchen Sen- soren, die schwaches Licht mit hoher Geschwindigkeit erfassen können und auch bei längeren Wellenlängen eine hohe Empfindlichkeit erreichen. Klassi- sche Silizium-Fotodioden liefern im sicht- baren Spektrum gute Ergebnisse, zeigen aber jenseits von 950 nm deutliche Einbu- ßen. Bei 1064 nm – der Wellenlänge vieler Nd:YAG-Laser – sinkt der Wirkungsgrad deutlich. Der Grund dafür liegt in der Phy- sik: Der Absorptionskoeffizient von Si- lizium fällt im NIR stark ab, und dies beeinträchtigt die Photonenabsorption. Darüber hinaus reflektiert eine blanke Siliziumoberfläche bis zu 30% des einfal- lenden Lichts. Antireflexbeschichtungen können diesen Verlust nur bedingt min- dern. Eine wirksamere Lösung ist die Ver- wendung von Schwarzem Silizium – einer Oberflächenmodifikation kristallinen Si- liziums mit äußerst geringer Reflektivität und hoher Lichtstreuung. Nanostruktur maximiert die Absorption Schwarzes Silizium besitzt nadelför- mige Nanostrukturen, kleiner als die Wellenlänge des einfallenden Lichts. Sie bewirken einen stetigen Über- gang des Brechungsindex an der – nun nicht mehr scharf definierten – Grenzfläche zwischen Luft und Silizium. Dies reduziert den Reflexi- onsverlust über einen weiten Spek- tralbereich hinweg, vom UV bis zum NIR, drastisch. Die Nanostruktur streut zudem das Licht, verlängert so den optischen Weg und erhöht da- mit die Wahrscheinlichkeit der Photo- nenabsorption, vor allem für größere NIR-Wellenlängen. Das Ergebnis: mehr Signal, weniger Dunkelstrom und eine verbesserte Reaktionsge- schwindigkeit. Schwarzes Silizium ermöglicht dünnere Fotodetektorchips mit der- selben oder einer besseren Lichtab- sorption im Vergleich zu dickeren Pendants. Dies verbessert die Ba- lance aus Empfindlichkeit und Ge- schwindigkeit des Detektors und bietet Entwicklern mehr Freiheit > > > Schwarzes Silizium, eine Oberflächenmodifikation des Halbleiters mit geringer Reflektivität und hoher Lichtstreuung, verbessert die NIR-Detektion bei 1064 nm
Lichtabsorption: nanostrukturiertes Black Silicon und Silizium mit planarer Oberfläche im Vergleich Vierquadrantendetektor: Trifft ein Laserstrahl auf die Oberfläche des Bauteils, bestimmt seine Position auf der Oberfläche die Lichtmenge, die von jedem der vier Quadranten empfangen wird 52 beim Optimieren der Komponente für eine bestimmte Zielanwendung. Diese Eigenschaften des Schwarzen Siliziums nutzt ElFys in seinem Black- Silicon-Vierquadrantendetektor (siehe Infokasten). Das Bauteil erreicht eine Empfindlichkeit von 0,64 A/W bei 1064 nm – rund 30% mehr als klassi- sche Siliziumdetektoren. Sein geringer Dunkelstrom sorgt für ein günstiges Si- gnal-Rausch-Verhältnis. Die Vierquad- ranten-Anordnung erlaubt eine präzise Ortung des einfallenden Laserstrahls und eignet sich somit für Tracking- und Ziel- anwendungen. Anwendungen von Verteidigung bis Diagnostik Neben militärischen Anwendungen wie lasergelenkten Raketen, Entfernungs- messung und optischer Kommunika- tion besitzt die Technologie auch für die Industrie und die Forschung si- gnifikantes Potenzial. In der Laser- materialbearbeitung verbessert die höhere Empfindlichkeit die Genauig- keit der Strahlausrichtung und hilft, die Prozesssteuerung zu optimieren. In der NIR-Spektroskopie erhöht sie die Messgenauigkeit bei schwachen Signalen. Auch in der medizinischen Diagnostik lassen sich dank geringen Rauschens und hoher Quanteneffizi- enz bessere Bilder erzeugen. Typische Anwendungsbeispiele für den Detektor sind YAG-Lasersysteme, Autokollimatoren, Strahlverfolgung, wissenschaftliche Analysegeräte und die Freiraumoptische Kommu- nikation. Die Kombination aus Po- sitionsauflösung, Schnelligkeit, Empfindlichkeit und robuster Bau- weise macht das Bauteil vielseitig einsetzbar. LEISTUNGSMERKMALE DES VIERQUADRANTEN DETEKTORS • Empfindlichkeit > 0,6 A/W bei 1064 nm, eine Verbesserung von bis zu 30 % gegenüber herkömmli- chen Siliziumdetektoren, • kurze Anstiegszeiten, die für die Verfolgung schnell bewegter Ziele entscheidend sind, • geringer Dunkelstrom gewähr- leistet ein hohes Signal-Rausch- Verhältnis und ermöglicht die Erkennung schwacher Signale über große Entfernungen, • robust gegenüber atmosphäri- schen Störungen, die das Signal weniger empfindlicher Detektoren schwächen würden.
53 Die Nanostruktur Schwarzen Siliziums streut das Licht, vergrößert die optische Weglänge und erhöht die Wahrscheinlich- keit der Photonenabsorption Technologievarianten und Bauformen ElFys bietet den Black-Silicon-Vierquad- rantendetektor in verschiedenen Gehäu- sen an – vom kompakten TO-Can ohne Heizung bis zur Version mit integrierter Heizung und elf Pins. Neben der QPD- Serie sind auch Varianten für weitere Spektralbereiche verfügbar: Die PD-Linie deckt UV, VIS und NIR ab, die SM-Linie bietet SMD-taugliche Formate mit Fokus auf tragbare Elektronik und Health Mo- nitoring. Alle Varianten zeichnen sich durch geringe Dunkelströme, hohe Sensi- tivität und schnelle Ansprechzeiten aus. Die Datenblätter zeigen Empfindlich- keiten bis 0,73 A/W bei 940 nm in der PD-Serie sowie hohe Linearität über große Dynamikbereiche. Dies ermög- licht nicht nur exakte Lichtmessung, sondern auch eine einfache Integration in bestehende Baugruppen – etwa für optisches Feedback, Prozesssteue- rung oder sicherheitskritische De- tektionsaufgaben. Fazit: Schwarzes Silizium verschiebt Grenzen Mit schwarzem Silizium gelingt es, klassische Limitierungen der Silizium- Fotodetektion im NIR zu überwinden. Die Kombination aus reduzierter Re- flexion, verbesserter Quanteneffizi- enz und hoher Positionsauflösung macht den ElFys-Detektor zur Schlüs- selkomponente für präzise, schnelle und rauschfreie Lichtmessung bei 1064 nm und darüber hinaus. ■ www.elfys.fi LP.PRO TO GO Der ElFys-Detektor mit Schwarzem Silizium er- reicht 0,64 A/W bei 1064 nm und damit 30 % mehr als klassische Fotodioden. Dank hoher Empfindlichkeit bei geringem Dunkelstrom und kurzer Reaktionszeit eignet er sich für Verteidi- gung, Diagnostik und indus- trielle Laseranwendungen. Seine robuste Vierquadran- tenarchitektur erlaubt präzise Ortsauflösung für Tracking und Zielverfolgung.
I K N H C E T Y A L P S D I 54 s e c i v e D g o l a n A , m o c . e b o d a . k c o t s - n o o p o a t a e i t © : r e d l i B LCD, OLED, Micro-LED: Versorgungskonzepte im Vergleich Fahrzeugdisplays brauchen eine ausgefeilte Stromversorgung: Integ- rierte Power-Management-Ansätze müssen heute hohe Datenraten und komplexe Panel-Ansteuerung bewältigen, aber gleichermaßen EMV- und thermische Randbedingungen erfüllen. Dieser zweite Teil des Artikels analysiert Versorgungsstrategien für TFT-LCD-, OLED- und Micro-LED-Automobildisplays. Im Fokus stehen Local Dimming mit Mini-Leuchtdioden und Topologien für künftige Displaygenerationen. AUTOR Yujie Bai | Senior Applications Engineer, Analog Devices Käufer elektrifizierter Fahr- zeuge stellen immer höhere Ansprüche an Sicherheit, Komfort und Nachhaltigkeit. Für OEMs und Tier-1-Zulie- ferer erwachsen daraus Herausforderun- gen wie der steigende Strombedarf, der aus dem Einbau von immer mehr Hard- ware in die Fahrzeuge resultiert. Die Ent- wickler stehen unter anderem vor der Aufgabe, Funktionen für das Energie- management bereits frühzeitig im De- signprozess zu berücksichtigen. Ein typisches Automobil-Displaysys- tem besteht aus einer Haupteinheit, einem Display panel und geschirmten Twisted- Pair- beziehungsweise Koaxialkabeln. Das Infotainmentsystem des Fahr- zeugs ist die zentrale Steuerschnitt- stelle für Audio-, Unterhaltungs-, Navigations- und Konnektivitäts- funktionen. Fortschrittliche Mensch- Maschine-Schnittstellen wie präzise Sprach erkennung, reaktionsschnelle Touchscreens und ausgefeilte Gesten- steuerung sind in modernen Fahrzeu- gen mittlerweile Standard. Im Innern des Displaypanels dient der Timing Controller (TCON) als Schnittstelle zwischen dem Video- oder Bildstrom und dem Anzeige- muster. Die Verbindung zwischen der
55 Haupteinheit und dem TCON wird mit- hilfe von Serializer- (SER) und Deseri- alizer-Chips (DES) hergestellt, die eine schnelle Chip-zu-Chip-Kommunikation über bis zu 10 m lange geschirmte Twis- ted-Pair- oder 15 m lange Koaxialkabel er- möglichen. Für ein 45 bis 60 Zoll großes Display mit einer Auflösung von 7680 x 2160 Pixeln muss die Datenübertragung eine Rate von bis zu 28 Gbit/s erreichen. Hintergrundbeleuchtung – Architektur und Dimming Die Hintergrundbeleuchtung erfolgt ent- weder konventionell über vier bis acht LED-Stränge am Rand des Display panels oder direkt mithilfe einer vollflä- chigen Matrix aus Mini-LEDs. Die Stränge werden über einen Aufwärts- wandler mit Strom versorgt, und mittels externer Pulsbreitenmodu- lation (PWM) oder über ein internes 18-bit-Register T_ON lässt sich eine Dimmfunktion – sogenanntes Global Dimming – realisieren. Der MAX25512 unterstützt auch hybrides Dimmen, das analoges und PWM-Dimming kombiniert. Das Dimmverhältnis bei einer Dimmfre- quenz von 200 Hz beträgt 16,667:1; mit hybridem Dimmen lässt es sich > > > auf 33,333:1 verdoppeln.
Gigabit Multimedia Serial Link: GMSL ist eine kostengünstige, einfache und skalierbare SERDES-Technologie 56 Beispiel für ein TFT-LCD-Display, bestehend aus TCON, Mikrocontroller (MCU), LED-Panel zur Hintergrundbeleuchtung und TFT-Bias-PMIC 1S2P-Konfiguration mit einer LED in Reihe und zwei parallelen LEDs. VLED ist für die LED-Durchlassspannung vorgesehen, und VSINK ist die Spannung, die den gewünschten Konstantstrom für die LEDs aufrechterhält. MAX25512-Treiber für die Hintergrundbeleuchtung LED-Treiber für Local Dimming: Matrix-LED- Treiber (a) und Direkt- LED-Treiber (b) TFT-Bias-Versorgungen mit VCOM Konfiguration der Regelschleife mit MAX2550x und MAX25660/MAX20048
57 Im Fall der Mini-LED-Matrix direkt hin- ter dem LCD-Panel kann die Helligkeit einer jeden Mini-LED individuell und dy- namisch gesteuert werden, um sie dem Bildinhalt anzupassen. Dieses lokale Dim- men wirkt sich positiv auf den Kontrast aus. Im Vergleich zur Randbeleuchtung benötigt die direkte Hintergrundmethode weniger Strom. Werden dunkle Bildin- halte angezeigt, kann sie die LEDs in den dunklen Regionen ausschalten. Mögliche Displaygröße, Auflösung und Helligkeit hängen bei der Randbeleuch- tung von der Zahl der LED-Stränge und der LEDs pro Strang ab. Mit der direkten Hintergrundbeleuchtung werden die gro- ßen Abmessungen, die hohe Auflösung und das Kontrastverhältnis des Displaypa- nels durch segmentweise Ansteuerung erreicht. Matrix-LED-Treiber wie der MAX2550x verwenden Zeitmultiplexverfahren. Vier LEDs teilen sich dieselbe Stromquelle mit vier P-Kanal-MOSFETs (PMOS). Mit Direkt-LED-Treibern wie dem MAX21610 hingegen werden die LEDs von dersel- ben VLED und aus derselben individuel- len Stromquelle gespeist. Es kann sein, dass der Direkt-LED-Treiber eine höhere Stromtreiberleistung hat als der Matrix- LED-Treiber. Es ist möglich, mit weni- ger Matrix-LED-Treibern die gleiche Zahl an LED-Zonen anzusteuern wie mit dem Direkt-LED-Treiber. Matrix- und Direkt-LED-Treiber Der MAX2550x integrieret den PMOS, und VLED kann mit 14 V betrieben wer- den. Somit kann er bis zu vier LEDs in Reihe (4S1P) in einer Zone unterstützen. Der interne PMOS verbessert die Strom- schleife für bessere EMV und eliminiert Geisterbilder. Darüber hinaus reduziert er die Komplexität und Größe des Systems dank der internen Steuerung des PMOS. Der Treiber verfügt zudem über eine Re- gelschleife. Die Durchlassspannung der LEDs fällt mit steigender Sperrschichttem- peratur monoton ab. Wenn VLED über den gesamten Betriebstemperaturbereich vari- iert, steigt die Spannung VSINK, was insbe- sondere unter 85 °C zu einer höheren Verlustleistung führt. Die Rückkopp- lung optimiert VSINK mittels Anpas- sung von VLED. Idealerweise ist VLED die Summe aus der LED-Durchlass- spannung und VSINK. Die Regelschleife (FB) senkt im MAX2550x-Treiber den Strom für die Hintergrundbeleuch- tung und erhöht die VLED, wenn die Spannung VSINK bei einem niedrige- ren Wert liegt. Sowohl der Matrix-LED-Treiber MAX2550x als auch der Direkt-LED- Treiber MAX21610 verfügt über eine pixelgenaue LED-Punktkalibrierung, welche die einzelnen LED-Ausgänge auf dieselbe Helligkeit korrigiert. Um eine gleichmäßige Anzeige mit einheitlicher Farbe und Helligkeit zu erzielen, verfügt der MAX2550x über zwei Methoden zum Einstel- len des individuellen LED-Stroms: Jede LED-Zone hat eine individuelle 5-bit-Strom- und eine individuelle 17-bit-PWM-Einstellung. Die 5-bit- Stromeinstellung kann für die Kalib- rierung der Helligkeit jeder einzelnen LED und die 17-bit-PWM-Einstellung kann als globale Einstellung verwen- det werden, wenn alle LED-Zonen die gleiche Helligkeitseinstellung haben. Darüber hinaus kann der MAX2550x > > > LP.PRO TO GO Local Dimming mit Mini-LEDs erfordert eine fein segmentierte Stromversorgung mit effizienter Spannungsregelung. TFT-LCDs brauchen stabile Bias-Spannungen für Gate-, Source- und VCOM-Elektroden, idealerweise aus einem Power- Management-IC. OLED- und Micro-LED-Anzeigen verlangen skalier- bare, EMV-optimierte Versorgungskonzepte mit mehreren Ausgangskanälen.
sind zurzeit in Entwicklung. Der Fokus liegt hier auf hohem Wir- kungsgrad, robustem thermischen Verhalten und EMV-Optimierung. Die Bereitstellung von bis zu sechs unabhängigen Spannungspegeln bei minimalem Platzbedarf ist ein we- sentliches Ziel kommender Platt- formen. Fazit: Displayversorgung als Schlüsselkomponente Fortschritte bei den Fahrzeugdisplays machen die Spannungsversorgung zu einer zentralen Systemkomponente. Mit dem Aufkommen von Mini- LEDs, Local Dimming und OLED/ Micro-LED-Technologien nehmen die Forderungen an Flexibilität, In- tegration und EMV-gerechtes Design zu. Integrierte Power-Management- ICs mit mehrkanaligen Topologien, programmierbaren Sequenzen und thermischer Rückkopplung verset- zen Entwickler in die Lage, auch für kommende Fahrzeuggeneratio- nen energieeffiziente und zuverläs- sige Bildschirme mit hoher Auflösung zu realisieren. ■ www.analog.com eine Kontrollanzeige realisieren, die durch ein leuchtendes Symbol, etwa für nied- rigen Kraftstoffstand/Ladezustand, auf Fehlfunktionen des Betriebssystems hin- weist. Mit spezifischen Strom- und PWM- Einstellungen kann der Spitzenstrom des MAX2550x über die SCALE_SEL-Register erhöht werden. Größere Panels, insbesondere solche ab 6 Zoll, benötigen separate Bias-Span- nungen für Source- und Gate-Treiber. Die Source-Treiber arbeiten mit AVDD und NAVDD, die über Aufwärtswandler be- reitgestellt werden, während die Gate- Treiber typischerweise mit VGH (positiv) und VGL (negativ) betrieben werden, er- zeugt durch Ladungspumpen. Zusätzlich ist eine VCOM-Spannung notwendig, die als Referenzpotential für die gemeinsame Elektrode (Backplane) dient. Power-Management-ICs (PMICs) wie der MAX25221 kombinieren diese Funktionen in einem einzigen Baustein. Programmierbare Spannungspegel, se- quenzierbare Einschaltlogik und integ- rierte Temperaturkompensation, etwa für VCOM, tragen dazu bei, Spannungs- flanken zu glätten und Bildartefakte zu vermeiden. Ein nichtflüchtiger Speicher erlaubt es, die Parameter für jedes Panel individuell zu kalibrieren und zu sichern. OLED- und Micro-LED-Panels versorgen OLED- und Micro-LED-Displays benöti- gen ebenfalls spezifische Versorgungs- konzepte. Neben den TFTs muss die Spannungsquelle auch die Emissions- treiber speisen. Während OLEDs mit niederohmigen Gleichspannungsquel- len arbeiten, können Micro-LEDs je nach Chip architektur und Emissionsmechanis- mus abweichende Pegel erfordern. Die Leistungsaufnahme ist aufgrund der ho- hen Pixeldichte in Automotive-Anwen- dungen deutlich höher als bei mobilen Endgeräten. Kombinierte PMICs, die sowohl Bias- (AVDD, VGH, VGL) als auch Emissions- spannungen über Aufwärtswandler und invertierende Topologien bereitstellen, 58 AUTOMOTIVEDISPLAY TECHNOLOGIEN – RÜCKBLICK AUF TEIL 1 Im ersten Teil dieses Fachartikels haben wir die grundlegenden Unterschiede aktueller Fahrzeug- display-Technologien beleuchtet. Es wurden physikalische Prinzipien, Aufbau und Charakteristika von TFT-LCD-, OLED- und Micro-LED- Panels dargestellt. Der Beitrag zeigte die Entwicklungstrends sowie die Bedeutung von Kontrast- verhältnis, Blickwinkelstabilität und thermischer Belastbarkeit für den Fahrzeuginnenraum. Neben der Paneltechnik wurde erklärt, wie sich Displayeigen- schaften auf Energiebedarf, mechanische Integration und das optische Erscheinungsbild im Cock- pit auswirken. Außerdem im Fokus: die Anforderungen an Lebensdauer, Helligkeit und Transparenz sowie die Head-up-Display-Fähigkeit. Die Wahl der geeigneten Displaytechnologie ist immer ein Abwägen zwischen optischer Performance, EMV, Stromaufnah- me und mechanischer Robustheit, wobei keine Technologie in allen Disziplinen gleichermaßen über- legen ist. Hier geht es zu Teil 1:
VisionLib: AR-Tracking- Funktionen erweitert Kit unterstützt mehr als 50 MIPI-Kameras Phytec und Vision Components präsentieren ein gemein- sames Embedded Vision Kit in zwei Versionen. Es basiert wahlweise auf den Prozessorboards i.MX 8M Plus oder i.MX 8M Mini und unterstützt im Plug&Play-Prinzip mehr als 50 MIPI-Kameras von Vision Components. Nach Aus- sage der Anbieter können Entwickler damit Bildverarbei- tungsanwendungen unmittelbar starten. y r t e m o s V i : d l i B s t n e n o p m o C n o i i s V / c e t y h P : d l i B E T K U D O R P 59 VisionLib 4.0 bringt fünf neue Funktionen für robustes Tracking in industrielle AR-Applikationen Visometry hat die Version 4.0 seiner Tracking-Bibliothek VisionLib veröffentlicht. Die Software adressiert industri- elle Anwendungen von Augmented und Mixed Reality, bei denen reale Objekte präzise digital erfasst werden müssen. Fünf neue Funktionen sollen die Stabilität und Handhabung des Objekt-Trackings verbessern, vor allem unter schwieri- gen Bedingungen. Eine zentrale Neuerung ist die Funktion ‚Stationäres Objekt‘. Sie soll die Tracking-Stabilität bei großen Bauteilen verbessern, indem SLAM-basierte Kameraposition und mo- dellbasiertes Tracking enger verknüpft werden. Dies unter- stützt Nutzer, wenn das Kamerabild nur Teilbereiche eines Modells erfasst. Zudem können Anwender nun Tracking- Anker direkt aus dem Unity-Kontextmenü als vorgefertigte digitale Objekte exportieren. So sollen sich Setups einfacher einrichten, verwalten und projektübergreifend wiederver- wenden lassen. Darüber hinaus erleichtert VisionLib 4.0 dem Anbieter zufolge die Definition individueller Tracking-Parameter in Unity und reduziert Fehlerquellen. Eine verbesserte Validie- rung verhindert fehlerhafte Typkonvertierungen bei Parame- tern und verringert damit unerwartetes Verhalten. WEITERE INFORMATIONEN Phytec und Vision Components bieten mit dem Embedded Vision Kit eine Entwicklungsplattform für mehr als 50 MIPI-Kameras an Beide Varianten enthalten die notwendigen Komponen- ten für ein schnelles Setup, darunter Kabel und Adapter für VC-MIPI-Kameras. Beim Phyboard-Polis mit i.MX 8M Mini gehört ein 10-Zoll-Touchdisplay zum Lieferumfang; das Phyboard-Pollux mit i.MX 8M Plus erlaubt den An- schluss eines Standarddisplays über HDMI. V4L2-Treiber sind im Linux-BSP enthalten und ermöglichen die Nut- zung mit eigenen Applikationen sowie mit Middleware wie GStreamer, OpenCV oder Halcon. Die Kameramodule werden separat gewählt und decken Auflösungen von 0,5 bis 20 Megapixel und darüber hinaus ab, mit Global, Rolling oder Rolling Reset Shutter. WEITERE INFORMATIONEN
I S N H C I E Z R E V N E L L E U Q S G U Z E B 60 Lasertechnik Laser-Strahlquellen Faserlaser FRAUNHOFER – INSTITUT FÜR LASERTECHNIK ILT Steinbachstraße 15 D-52074 Aachen Tel.: +49 (0)241 8906-0, Fax: -121 www.ilt.fraunhofer.de info@ilt.fraunhofer.de TRUMPF Laser- und Systemtechnik SE Johann-Maus-Straße 2 D-71254 Ditzingen Tel.: +49 (0)7156-303 30862 info@trumpf.com, www.trumpf.com Spetec GmbH Laserschutz – Reinraumtechnik Tel.: +49 8122 95909-0 Fax: +49 8122 95909-55 spetec@spetec.de www.spetec.de Laser- Strahlführungssysteme Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH Arzbergerstraße 10 D-82211 Herrsching Tel.: +49 (0)8152 375-100 info@hamamatsu.de www.hamamatsu.de Luxinar GmbH Röntgenstraße 6, D-21465 Reinbek Tel.: +49 (0)40 883624-60 sales.de@luxinar.com www.luxinar.com Soliton Laser- und Messtechnik GmbH Talhofstraße 32, D-82205 Gilching Tel.: +49 (0)8105 77920 info@soliton-gmbh.de www.soliton-gmbh.de TRUMPF Laser- und Systemtechnik SE Johann-Maus-Straße 2 D-71254 Ditzingen Tel.: +49 (0)7156-303 30862 info@trumpf.com, www.trumpf.com Laser-Systemkomponenten BUSCH Microsystems GmbH Hochpräzise Positioniersysteme für dynamische Laseranwendungen www.busch-microsystems.de Tel.: +49 671 2013310 FLEXA GmbH Kabelschutzsysteme Darmstädter Straße 184, D-63456 Hanau Tel.: +49 (0)6181 677-0 www.flexa.de info@flexa.de Laser-Strahlenschutz LASERVISION GmbH & Co. KG Würzburger Straße 152 D-90766 Fürth Tel.: +49 911 9736-8100 Fax: +49 911 9736-8199 info@lvg.com www.uvex-laservision.de PROTECT-Laserschutz GmbH Mühlhofer Hauptstraße 7 D-90453 Nürnberg Tel.: +49 (0)911 96 44 31-0, Fax: -181 info@protect-laserschutz.de www.protect-laserschutz.de Föhrenbach GmbH Positionier-Systeme Lindenstraße 34 D-79843 Löffingen-Unadingen www.foehrenbach.com Lasermaterial- bearbeitung Laser-Schweißen LASERVISION GmbH & Co. KG Würzburger Straße 152 D-90766 Fürth Tel.: +49 911 9736-8100 Fax: +49 911 9736-8199 info@lvg.com www.uvex-laservision.de LASERVORM GmbH Lasermaschinenbau, Laserlohnfertigung und Service für Schweißen, Härten und Auftragsschweißen. www.laservorm.com, Altmittweida
LMB Lösungen für optimale Produktionsabläufe LMB Lasermaterialbearbeitungs GmbH Schmölestraße 13, D-58640 Iserlohn Tel.: +49 (0)2371 152-100, Fax: -190 dienstleistung@lmb-gruppe.de www.lmb-gruppe.de PROTECT-Laserschutz GmbH Mühlhofer Hauptstraße 7 D-90453 Nürnberg Tel.: +49 (0)911 96 44 31-0, Fax: -181 info@protect-laserschutz.de www.protect-laserschutz.de SITEC Industrietechnologie GmbH Lasermaschinen, Automatisierung, Serienfertigung zur Lasermaterialbearbeitung Tel.: +49 (0)371 4708-241 www.sitec-technology.com TRUMPF Laser- und Systemtechnik SE Johann-Maus-Straße 2 D-71254 Ditzingen Tel.: +49 (0)7156-303 30862 info@trumpf.com, www.trumpf.com Laser-Schneiden LMB Lösungen für optimale Produktionsabläufe LMB Lasermaterialbearbeitungs GmbH Schmölestraße 13, D-58640 Iserlohn Tel.: +49 (0)2371 152-100, Fax: -190 dienstleistung@lmb-gruppe.de www.lmb-gruppe.de TRUMPF Laser- und Systemtechnik SE Johann-Maus-Straße 2 D-71254 Ditzingen Tel.: +49 (0)7156-303 30862 info@trumpf.com, www.trumpf.com Laser-Markieren LMB Lösungen für optimale Produktionsabläufe LMB Lasermaterialbearbeitungs GmbH Schmölestraße 13, D-58640 Iserlohn Tel.: +49 (0)2371 152-100, Fax: -190 dienstleistung@lmb-gruppe.de www.lmb-gruppe.de Lasermikrobearbeitung 3D-Micromac AG Micromachining Excellence www.3d-micromac.com sales@3d-micromac.com Tel.: +49 371 40043-222 TRUMPF Laser- und Systemtechnik SE Johann-Maus-Straße 2 D-71254 Ditzingen Tel.: +49 (0)7156-303 30862 info@trumpf.com, www.trumpf.com Material / Werkstoff I S N H C I E Z R E V N E L L E U Q S G U Z E B 61 TRUMPF Laser- und Systemtechnik SE Johann-Maus-Straße 2 D-71254 Ditzingen Tel.: +49 (0)7156-303 30862 info@trumpf.com, www.trumpf.com Folit GmbH Lasermarkierfolien selbstklebend von 3M u. tesa bei FOLIT GmbH Tel.: +49 7154 8225-80 info@folit.de www.folit.de Oberflächenbearbeitung Laser- Fertigungstechnik Systemperipherie der Laser-Fertigungstechnik TRUMPF Laser- und Systemtechnik SE Johann-Maus-Straße 2 D-71254 Ditzingen Tel.: +49 (0)7156-303 30862 info@trumpf.com, www.trumpf.com BUSCH Microsystems GmbH Hochpräzise Positioniersysteme für dynamische Laseranwendungen www.busch-microsystems.de Tel.: +49 671 2013310
I S N H C I E Z R E V N E L L E U Q S G U Z E B 62 LMB Lösungen für optimale Produktionsabläufe LMB Automation GmbH Schmölestraße 13, D-58640 Iserlohn Tel.: +49 (0)2371 152-200, Fax: -290 maschinenbau@lmb-gruppe.de www.lmb-gruppe.de OWIS GmbH Optische Strahlführungssysteme und Positionierer Im Gaisgraben 7, D-79219 Staufen i. Br. www.owis.eu Dienstleistungen der Laser-Fertigungstechnik 3D-Micromac AG Micromachining Excellence www.3d-micromac.com sales@3d-micromac.com Tel.: +49 371 40043-222 Mess- und Prüftechnik Laser-Mess- und -Prüfsysteme FRAUNHOFER – INSTITUT FÜR LASERTECHNIK ILT Steinbachstraße 15 D-52074 Aachen Tel.: +49 (0)241 8906-0, Fax: -121 www.ilt.fraunhofer.de info@ilt.fraunhofer.de OWIS GmbH Optische Strahlführungssysteme und Positionierer Im Gaisgraben 7, D-79219 Staufen i. Br. www.owis.eu Soliton Laser- und Messtechnik GmbH Talhofstraße 32, D-82205 Gilching Tel.: +49 (0)8105 77920 info@soliton-gmbh.de www.soliton-gmbh.de Gautinger Straße 45, D-82061 Neuried www.dnpt.de info@dnpt.de Tel.: +49 (0)89 7248 150-0 Leistungsstarke Peltier Umlaufkühlsysteme, hochwertige Peltier-Module & TEC-Controller Optoelektronische Mess- und Analysesysteme OWIS GmbH Optische Strahlführungssysteme und Positionierer Im Gaisgraben 7, D-79219 Staufen i. Br. www.owis.eu Yokogawa Deutschland GmbH Test & Measurement Niederlassung Deutschland Gewerbestraße 17 D-82211 Herrsching Tel.: +49 8152 93100 info.herrsching@yokogawa.com www.tmi.yokogawa.com/de Laser-Zubehör Laserkühlung DELTATHERM Hirmer GmbH Bövingen 122, D-53804 Much Tel.: +49 2245 6107-0, Fax: -10 info@deltatherm.de www.deltatherm.de HYDAC Thermo Systems GmbH Winterbruckenweg 30 D-86316 Friedberg Tel.: +49 (0)821 74771-4 www.hydac.com Luftreinhaltung Donaldson BOFA Rauchabsaugung + Filtrierung Tel.: +44 (0)1202 699 444 bofavertrieb@donaldson.com www.donaldsonbofa.com Fuchs Umwelttechnik Produktions- und Vertriebs GmbH Gassenäcker 35 - 39 D-89195 Steinberg Tel.: +49 (0)7346 96140 info@fuchs-umwelttechnik.com www.fuchs-umwelttechnik.com TBH GmbH Heinrich-Hertz-Straße 8 D-75334 Straubenhardt Tel.: +49 7082 9473-0 info@tbh.eu
Laserschutzausrüstung Kristalle PROTECT-Laserschutz GmbH Mühlhofer Hauptstraße 7 D-90453 Nürnberg Tel.: +49 (0)911 96 44 31-0, Fax: -181 info@protect-laserschutz.de www.protect-laserschutz.de Stromversorgung Meerstetter Engineering GmbH Laserdriver und TEC Controller Schulhausgasse 12 CH-3113 Rubigen www.meerstetter.ch SCHULZ-ELECTRONIC GmbH Dr.-Rudolf-Eberle-Straße 2 D-76534 Baden-Baden Tel.: +49 7223 9636-0 www.schulz-electronic.de Optik Optische Komponenten AHF analysentechnik AG High-End optische Filter Kohlplattenweg 18, D-72074 Tübingen info@ahf.de, www.ahf.de Tel.: +49 (0)7071 53952-00 B&M Optik GmbH Am Fleckenberg 20 D-65549 Limburg Tel.: +49 (0)6431-98600 vertrieb@bm-optik.de Graticules Optics Ltd 17/19 Morley Road Tonbridge TN9 1RN, UK Tel: +44 1732 360460 sales@graticulesoptics.com www.graticulesoptics.com INGENERIC GmbH Zum Carl-Alexander-Park 7 D-52499 Baesweiler Tel.: +49 2401 804-70400 Fax: +49 2401 804-70499 contact@ingeneric.com www.ingeneric.com KORTH KRISTALLE GMBH D-24161 Altenholz / Kiel Tel. +49 (0)431 36905-0 info@korth.de www.korth.de Optoelektronik Optoelektronische Bauelemente I S N H C I E Z R E V N E L L E U Q S G U Z E B 63 KORTH KRISTALLE GMBH D-24161 Altenholz / Kiel Tel. +49 (0)431 36905-0 info@korth.de www.korth.de Chips 4 Light GmbH Am Kühlen Kasten 8 D-93161 Sinzing Tel: +49 9404 64133-0 info@chips4light.com www.chips4light.com MERSEN Deutschland GmbH & Co. KG / Division optoSiC Baierbrunner Straße 39, D-81379 München Tel.: +49 (0)89 7807 239-0 info.munich@mersen.com www.optosic.com Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH Arzbergerstraße 10 D-82211 Herrsching Tel.: +49 (0)8152 375-100 info@hamamatsu.de www.hamamatsu.de Faseroptik OPTEC JENA GmbH D-07751 Schorba, Am Amselberg 1 Tel.: +49 3641 236150 info@optec-jena.com www.optec-jena.com CeramOptec GmbH Siemensstraße 44 D-53121 Bonn Tel.: +49 (0)228 97967-0 sales@ceramoptec.com www.ceramoptec.com
LWL – Komponenten FLEXA GmbH Kabelschutzsysteme Darmstädter Straße 184, D-63456 Hanau Tel.: +49 (0)6181 677-0 www.flexa.de info@flexa.de Laser-Systeme und -Systemtechnik fiberware GmbH Bornheimer Straße 4 D-09648 Mittweida Tel.: +49 3727 959250 sales@fiberware.de www.fiberware.de 2000 Northeast Expressway Norcross, GA 30071 USA www.Lightera.com udo.fetzer@lightera.com Phone: +49 7024 8689300 I S N H C I E Z R E V N E L L E U Q S G U Z E B 64 LightGuideOptics Germany GmbH Werner-von-Siemens-Straße 39 D-53340 Meckenheim Tel.: +49 2225 7095-320 sales@lightguide.de www.lightguide.de FRAUNHOFER – INSTITUT FÜR LASERTECHNIK ILT Steinbachstraße 15 D-52074 Aachen Tel.: +49 (0)241 8906-0, Fax: -121 www.ilt.fraunhofer.de info@ilt.fraunhofer.de LWL – Lichtwellenleiter Programmiersysteme CeramOptec GmbH Siemensstraße 44 D-53121 Bonn Tel.: +49 (0)228 97967-0 sales@ceramoptec.com www.ceramoptec.com fiberware GmbH Bornheimer Straße 4 D-09648 Mittweida Tel.: +49 3727 959250 sales@fiberware.de www.fiberware.de CAM-Service GmbH Tel.: +49 (0)511 97 93 97 90 info@cam-service.com www.cam-service.com 2D + 3D Laser Software Systemintegration BUSCH Microsystems GmbH Hochpräzise Positioniersysteme für dynamische Laseranwendungen www.busch-microsystems.de Tel.: +49 671 2013310 LMB Lösungen für optimale Produktionsabläufe LMB Automation GmbH Schmölestraße 13 D-58640 Iserlohn Tel.: +49 (0)2371 152-200, Fax: -290 maschinenbau@lmb-gruppe.de www.lmb-gruppe.de SWS-Laser Solutions GmbH Wildmoos 3b D-82266 Inning am Ammersee Tel.: +49 (0)8143 9997920 info@swslaser.de 3D-Laserscanning Entspiegelungsspray Helling GmbH Spökerdamm 2 D-25436 Heidgraben Tel.: +49 (0)4122 922-0 Fax: +49 (0)4122 922-201 info@helling.de www.helling.de Laser-Medizintechnik CeramOptec GmbH Siemensstraße 44 D-53121 Bonn Tel.: +49 (0)228 97967-0 sales@ceramoptec.com www.ceramoptec.com Nähere Informationen Felchner-Medien GmbH Mediaberatung | Andrea Dyck Tel.: +49 8341 96617-84 | ad@felchner-medien.de lppro.felchner-medien.de
E B A G S U A R E S E D R E N T R A P I 65 9K-Zeilenkamera löst industrielle Präzisionsaufgaben s a t i l e c x E : d l i B Die Zeilenkamera pco.Horizon 9.1 TDI bi CLHS erreicht Zeilenraten von bis zu 600 kHz Die Zeilenkamera pco.Horizon 9.1 TDI bi CLHS von Excelitas arbeitet mit einer Auflösung von 9072 Pixeln und Zeilenraten bis 600 kHz. Sie richtet sich an Nutzer, die hohe Präzision und Lichtempfindlichkeit fordern, etwa in der Halbleiterprüfung, der Bahninspektion oder der bildgebenden Diagnostik. Die Kamera erfasst kleinste Abweichungen bei großflächigen Strukturen, ohne Details zu verfälschen. Grundlage dafür ist die TDI-Funktion (Time Delay and Integration) in 256 Stufen. Sie er- höht die Bildqualität, indem sie Belichtungen wiederholt und Be- wegungen kompensiert. Der rückwärtig belichtete CMOS-Sensor mit zwei lichtempfindlichen Zonen verbessert laut Hersteller die Empfindlichkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis. Zur Stabilisierung der Sensortemperatur besitzt die Kamera ein Peltier-Element. Die aktive Kühlung reduziert den Dunkel- strom und sorgt bei wechselnden Umgebungsbedingungen für reproduzierbare Ergebnisse in der Präzisionsbildgebung. Das Gehäuse lässt sich je nach Einsatzszenario mittels Flüs- sigkeits- oder Luftkühlung thermisch anpassen. Damit eignet sich die Kamera sowohl für neue als auch für bestehende Auf- gaben der indus triellen Bildverarbeitung. Die CLHS-Schnitt- stelle unterstützt eine zuverlässige Datenübertragung bei hohen Geschwindigkeiten und über lange Kabel. Ein kombinierter Anschluss für Stromversorgung sowie Trigger-/Statussignale er- leichtert die Integration und das Kabelmanagement. WEITERE INFORMATIONEN PARTNER DIESER AUSGABE ADI Bergmann & Steffen Burger Engineering Cycle Edmund Optics ElFys EVT Excelitas Felchner Medien fiberware Fleet Events (W3+ Fair) Foba Fraunhofer IPMS FZ Jülich Graticules Optics Ltd Hamamatsu Photonics Harvard University HIM IFW Dresden IHP KD Laser Components Laserline Mersen MKS Newport MKS Ophir P.E. Schall Phytec Pi Imaging Technology Polytec Scansonic Schulz-Electronic Spectros AG SVS-Vistek technotrans Toptica Tropos TU Wien Uni Duisburg-Essen Universität Basel Universität Bielefeld Universität Innsbruck Universität Kiel Universität Mainz Vision & Control Vision Components Visometry Yokogawa Zeiss ZVEI 54 30 36 36 3, 39 50 34 65 U2, U3, U4 5 14 66 15 21 13 45 16 24 23 21 40 15, 45 26 29 34, 46 25 17 59 12 29 30 29 45 6 39 39 13 Titel, 6, 16 12 20 23 19 22 24 25 59 59 11 12 14
. 5 2 0 2 6 0 E B A G S U A U A H C S R O V 66 Schwerpunktthema Sichere Laserbeschriftung in der Medizintechnik Felchner Medien GmbH Alte Steige 26, D-87600 Kaufbeuren Tel. +49 8341 871401, Fax +49 8341 871404 info@felchner-medien.de www.felchner-medien.de Heraus ge ber | Geschäftsführer Dipl.-Kfm. Mark-Oliver Felchner mof@felchner-medien.de Verlagsleitung Sylvia Felchner sf@felchner-medien.de Redaktion Chefredakteur: Dr. Matthias Laasch Stellv. Chefredakteur: Dr. Matthias Gerlach redaktion@felchner-medien.de Anzeigenleitung Andrea Dyck ad@felchner-medien.de a b o F : d l i B Social-Media-Admin Julia Pagelkopf jp@felchner-medien.de Laserbeschriftung ist für die Medizintechnik weit mehr als ein Markierverfahren. Sie ist Basis von Regelkon- formität, Qualität und Rückverfolgbarkeit. Dank stetige Innovationen setzt sich die Laserbeschriftung auch bei Produkten und Werkstoffen durch, die bisher anderen Methoden vorbehalten waren. Darunter fallen sowohl sehr empfindliche Materialien, zu denen viele medizi- nische Kunststoffe gehören, als auch sensible Produkte wie Herzschrittmacher oder andere aktive Implantate. Der Tuttlinger Medizintechnik-Dienstleister Add‘n Solutions und Foba Laser Marking+Engraving führten Langzeittests durch, bei denen die Korrosionsbestän- digkeit und die Qualität von Laserbeschriftungen auf Herz und Nieren geprüft wurden: Lasermarkierte Ins- trumente wurden 1000-fach in der vollautomatischen Anlage gereinigt und passiviert, im Anschluss daran autoklaviert und zusätzlich einer periodischen hoch- alkalischen Reinigung unterzogen. Als besonders be- ständig erwies sich ie tiefschwarze Beschriftung eines Foba-Ultrakurzpulslasers. Redaktionsschluss: 21.10.2025 Anzeigenschluss: 04.11.2025 Mediadisposition | Abonnentenservice Tanja Fiedler tf@felchner-medien.de Leserservice VU SOLUTIONS GmbH & Co. KG Große Hub 10, D-63344 Eltville am Rhein Tel. +49 6123 9238-249, Fax +49 6123 9238-244 LP.PRO@vuservice.de Erscheinungsweise 6 x jährlich (inkl. MwSt. und Versand) (o. MwSt. inkl. Versand) Druckauflage | E-Paper 6.000 Exemp la re | 5.775 Exemplare IV. Quartal 2024 Angeschlossen an die Informationsgemeinschaft zur Feststellung der Verbreitung von Werbeträgern – Sicherung der Auflagenwahrheit Bezugspreise – Jahresabonnement Inland € 125,00 Ausland € 135,00 E-Paper (Inland /Ausland) € 112,00 ISSN 0938-9172 Die Mitglieder des OptecNet e.V. erhalten die Publikation im Rahmen der Mitgliedschaft. Bankverbindung Kontoinhaber: Felchner Medien GmbH IBAN DE25 7335 0000 0010 4127 81 BIC BYLADEM1ALG Druck Holzmann Druck GmbH & Co KG Gewerbestraße 2, D-86825 Bad Wörishofen Es gilt die Preisliste Nr. 40 vom 01.01.2025 Annahmebedingungen für redaktionelle Beiträge Das Fachmagazin LP.PRO kann nur Beiträge annehmen, die uneingeschränkt geistiges Eigentum des Verfassers sind. Es werden weiter an die Annahme von Manuskripten folgende Bedingungen geknüpft: 1. Die Redaktion nimmt nur Originalbeiträge an, außer sie er- sucht selbst um die Erlaubnis zum Nachdruck. Die nächste Ausgabe der LP.PRO erscheint am 20.11.2025 WEITERE INFORMATIONEN m u s s e r p m 2. Der Artikel darf nicht gleichzeitig in redaktionell geänderter Form, aber fachlich gleichem Inhalt an anderer Stelle veröffentlicht werden, ohne dass die Zustimmung der Redaktion eingeholt wurde. Für unverlangt eingesandte Manuskripte wird keine Gewähr übernommen. Nachdruck ist nicht gestat tet. Die mit dem Namen des Verfassers gezeichneten Artikel stellen nicht unbedingt die Meinung von LP.PRO dar. Es kann keine Gewähr dafür über- nommen werden, dass die in diesem Fachmagazin veröffent- lichten Geräte, Anlagen, Schaltungen und Verfahren sowie die im Text genannten Warenangaben frei von Rechten Dritter sind.I
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