Haarfein und haarscharf
Femtosekunden-3D-Druck erlaubt den Bau komplexer Mikro-Objektive.
3D-Druck hat in den letzten Jahren die Herstellung von komplizierten Formen revolutioniert. Mithilfe von serieller Auftragung, bei der Punkt für Punkt oder Linie für Linie geschrieben wird, lassen sich auch die komplexesten Bauteile schnell und einfach realisieren. Diese Methode steht jetzt auch für optische Bauteile zur Verfügung: Forscher der Universität Stuttgart haben einen Kurzpulslaser in Kombination mit optischem Fotolack benutzt, um optische Linsen herzustellen, die kaum größer sind als ein menschliches Haar.
Abb.: Komplexe Triplett-Linse, hergestellt durch Femtosekunden-3D-Druck auf einer Monomoden-Glasfaser (Bild: U. Stuttgart)
Dabei fokussieren die Forscher den Femtosekundenlaser, der eine Pulsdauer von weniger als 100 Femtosekunden besitzt, mithilfe eines Mikroskops auf einen flüssigen Fotolack, der vorher zum Beispiel auf einem Glasplättchen oder auf einer Glasfaser aufgebracht wurde. Zwei Photonen des roten Laserstrahls mit der Wellenlänge 785 Nanometern werden im Brennpunkt gleichzeitig absorbiert und belichten ihn. Dadurch härtet der Fotolack.
Der Laserstrahl kann mit einem Scanner oder durch Verfahren des Substrates in alle drei Raumrichtungen die gewünschte Form abfahren. Dadurch lassen sich mit einer Submikrometer-
Doktorand Timo Gissibl aus der Arbeitsgruppe von Harald Giessen am 4. Physikalischen Institut druckte solche Mikroobjektive auch auf Glasfasern. Damit lassen sich ganz neuartige und kleinste flexible Endoskope verwirklichen, die dazu geeignet sind, auch in kleinste Öffnungen des Körpers oder in Maschinen Untersuchungen vorzunehmen. Das Optikdesign, also der Bauplan dazu, stammte im Rahmen einer Zusammenarbeit im Stuttgarter Zentrum für Photonic Engineering (SCoPE) vom Doktoranden Simon Thiele aus der Arbeitsgruppe von Alois Herkommer am Institut für Technische Optik.
Abb.: Komplexes 3D gedrucktes Objektiv auf einer optischen Faser neben einer Fliege (Bild: U. Stuttgart)
Gissibl druckte seine optischen Freiformflächen und seine Miniatur-
Die Forscher konnten ihre Optiken auch mit Beleuchtungssystemen kombinieren. Dadurch lässt sich die Optik einer LED, die das Licht in eine bestimmt Richtung konzentriert, extrem verkleinern. Die Stuttgarter Forscher glauben, dass mithilfe des 3D-Drucks eine ganz neue Ära in der Fertigung von Miniaturoptiken anbricht. „Der Zeitraum von der Idee über das Optikdesign zum CAD-
Das Projekt, das im Rahmen der „Spitzenforschungs-
U. Stuttgart / DE