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15.06.2024

26.06.2023

Hochauflösende und schnelle Lichtsteuerung mit optischen Mikrosystemen

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Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS nutzt optische Mikrosysteme, um eine schnelle und hochauflösende Lichtsteuerung zu ermöglichen. Durch die Verwendung von kleinen, beweglichen Spiegeln können die photonischen Systeme des Instituts Licht modulieren und dadurch einzigartige Bilder und Strukturen erzeugen.

Die Forschenden des Instituts implementieren 1-Achsen- und 2-Achsen-Kippspiegel sowie Senkspiegel monolithisch integriert auf sogenannte CMOS-Backplanes.

Das Fraunhofer IPMS entwickelt Flächenlichtmodulatoren mit bis zu mehreren Millionen Spiegeln auf einem Halbleiterchip. Die Mikrospiegel werden je nach Anwendung einzeln gekippt oder abgesenkt, so dass Oberflächenmuster entstehen, um beispielsweise definierte Strukturen zu erzeugen.

Die Flächenlichtmodulatoren kommen insbesondere in der Mikrolithographie im tiefen Ultraviolett-Bereich, in der PCB-Herstellung, der Halbleiterinspektion und -messtechnik sowie in der Adaptiven Optik, der Astronomie, der Holografie und der Mikroskopie zum Einsatz. Mit seinen Entwicklungen auf diesem Gebiet ist das Fraunhofer IPMS weltweit führend.

Eine Entwicklung des Fraunhofer IPMS ist ein CMOS-integriertes Mikrospiegelarray mit zwei Kippachsen pro Spiegel und einer zugehörigen Technologieplattform. Das Bauelement besteht aus 512 x 320 einzeln adressierbaren Spiegeln mit 48 μm Pixelgröße.

Das optische Funktionsprinzip beruht auf einer ortsaufgelösten Umverteilung des Lichts. Dies kann zur Umlenkung von Lichtstrahlen bzw. zur Erzeugung und Steuerung von 2D-Intensitätsprofilen und Mustern mit variabler Intensität genutzt werden. Da anstelle einer Maskierung eine Lichtumverteilung stattfindet, ist eine höhere Lichtausbeute möglich. Diese Innovation eröffnet neue Möglichkeiten unter anderem in der Halbleiterindustrie, in der Mikroskopie, insbesondere für biomedizinische Anwendungen sowie der Lasermaterialbearbeitung (Laserabtragen, -gravieren).

Eine weitere SLM-Technologie des Fraunhofer IPMS ist ein Matrix-Bauelement mit etwa einer Million Mikrospiegeln mit einer optisch aktiven Fläche von 33 x 8 mm2. Die Matrix lässt sich mit einer Frequenz von 2 kHz umprogrammieren, wobei jeder torsionsgelagerte Mikrospiegel mit einer individuellen Auslenkung versehen wird.

Ausgehend von dieser Bauelementkonfiguration können anwendungsspezifisch Kundenbedürfnisse für Weiterentwicklungen berücksichtigt werden. Für die Erforschung neuer Anwendungen steht den Kunden ein Customer Evaluation Kit zur Verfügung. Das Kit besteht aus einer Matrix mit 256 x 256 Einzelspiegeln (64k), einer Ansteuerelektronik und Software. Eine aktuelle Entwicklung des Instituts besteht darin, auf der 64k-Plattform auch Senkspiegel zu implementieren.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS)