Das Fraunhofer IPMS entwickelt Flächenlichtmodulatoren mit mehreren Millionen, individuell analog ansteuerbaren, Spiegeln auf einem Halbleiterchip. Die Bauteile bilden optische Schlüsselkomponenten für verschiedenste Anwendungsbereiche und sind hochvariabel verwendbar. Die Mikrospiegel können je nach Anwendung über eine oder zwei Achsen gekippt oder horizontal abgesenkt werden. Dadurch können sie Licht in seiner Richtung, Intensität oder Phase steuern und manipulieren, so dass passgenaue Lichtmuster entstehen. Mit seinen Entwicklungen auf diesem Gebiet ist das Fraunhofer IPMS weltweit führend.
Einfacher Anwendungstransfer bei hoher Präzision
Um den Transfer dieser hochintegrierten, schnellen, präzisen und für verschiedene Spektralbereiche geeigneten Flächenlichtmodulator-Technologie in neue Anwendungen zu erleichtern, bietet das Fraunhofer IPMS seinen Kunden Evaluations-Kits mit 64k (256 x 256) Spiegeln an. Nun können die Forschenden des Geschäftsfeldes Spatial Light Modulators eine entscheidende Neuerung präsentieren: Die normalerweise auf ein-Achsen-Kippspiegeln basierenden Systeme wurden jetzt um Senkspiegel als neuer Aktuatoren-Typ erweitert. Mit der erfolgreichen Implementation von Senkspiegeln in eine erste Version des Evaluation-Kits kann nun ein großer Teil des Portfolios an Mikrospiegelarrays auf einer einzigen, zentralen Plattform getestet werden. Mit dieser Komplettlösung bietet das Fraunhofer IPMS eine einzigartige Testplattform an. Dr. Michael Wagner vom Fraunhofer IPMS erklärt: »Normalerweise benötigt man für verschiedene Spiegeltechnologien auch unterschiedliche Testsysteme, weil die einzelnen Spielarrays auf jeweils eigenen CMOS-Backplanes basieren. Unsere Kits ermöglichen Anwendern und Entwicklern die Flächenlichtmodulatoren auf einer zentralen Plattform zu testen.«
Abhängig vom Spiegeltyp und dem Systemaufbau lassen sich die Evaluation-Kits vom ultravioletten Spektralbereich über den sichtbaren Bereich bis ins nahe Infrarot verwenden. Die Forschenden arbeiten derzeit zudem daran, dass auch der kurzwellige Deep-UV-Wellenlängenbereich, in dem bereits andere Flächenlichtmodulator-Plattformen des IPMS zum Einsatz kommen, durch das zentrale System bedient werden kann. Denn im ultravioletten Bereich können kleinere Details aufgelöst werden, wodurch detailreiche und hochpräzise Abbildungen möglich sind. Die fortschrittliche Steuerelektronik des Evaluation-Kits ermöglicht zudem sehr hohe Modulationsfrequenzen bis in den Kilohertz-Bereich hinein. »Meist wird die Modulationsfrequenz eines Mikrospiegelarrays durch die Ansteuerung begrenzt, nicht durch die Eigenschaften der Chips selbst. Ein leistungsstarkes Setup kann hier die volle Leistungsfähigkeit ausschöpfen«, fügt Wissenschaftler Mario Nitzsche hinzu. Eine hohe Performance erreichen die Evaluation-Kits auch durch eine nanometergenaue Kalibrierung der Mikrospiegel, die eine präzise und hochaufgelöste analoge (quasi-kontinuierliche) Senk- bzw. Kippbewegung sicherstellt. Das vollständige Evaluation-Kit umfasst neben der Ansteuerelektronik auch einen 64k Mikrospiegelchip (256 x 256 Pixel) sowie die passende Software. Der Support zur Integration des Kits und zum optimalen Betrieb wird offeriert.
Hochpräzise Lichtmodulation für Industrie, Medizin und Astronomie
Die Flächenlichtmodulatoren des Fraunhofer IPMS kommen in verschiedensten Anwendungen zum Einsatz. In der Mikroskopie werden 1-Achsen Kippspiegelarrays verwendet, um Proben selektiv zu beleuchten. Die Halbleiterindustrie und speziell die Mikrolithografie profitiert von der Expertise des Fraunhofer IPMS in der Modulator-Entwicklung für den tiefen Ultraviolett-Bereich: Die analog ansteuerbaren Spiegelarrays ermöglichen hier beispielsweise eine vielfach bessere Performance von Mask Writing Tools. Mit um 2-Achsen kippbaren Spiegelarrays kann eine präzise Umverteilung des einfallenden Laserlichts mit minimalen Intensitätsverlusten realisiert werden. Sie werden beispielsweise in der Materialbearbeitung eingesetzt. Senkspiegelarrays wiederum sind in der Lage, präzise Phasenmodulationen umzusetzen, was unter anderem der Erzeugung von 3D-Holografie-Bildern dient. Sie gelten als vielversprechende Schlüsselkomponente für echte 3D-Head-up-Displays. »Echte« 3D-Displays erzeugen ein reales Hologramm im dreidimensionalen Raum, im Gegensatz zu bisherigen 2D-Modulationen, die durch visuelle Spezialeffekte einen Tiefeneffekt erzeugen. Die präzise Phasenmodulation ist auch für weitere Anwendungsfelder wie der adaptiven Optik in der Astronomie, in der Medizintechnik oder die Erzeugung von optischen Fallen für das Quantencomputing von großer Relevanz.
