26.09.2023

Lichtmodulation in Perfektion

Photonische Mikrosysteme erzeugen einzigartige Bilder und Strukturen.

Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS entwickelt photonische Mikrosysteme, die durch kleine steuerbare Spiegel Licht modulieren und dadurch einzigartige Bilder und Strukturen erzeugen. Diese Flächenlicht­modulatoren – Spatial Light Modulator, SLM – sind Mikrospiegel­arrays mit bis zu mehreren Millionen Spiegeln auf einem Halbleiterchip. Sie finden unter anderem Anwendung in der Halbleiterproduktion, der Mikroskopie und der Holografie und haben das Institut international an die Spitze dieses Forschungs­bereichs geführt.

Mikrospiegelarray im Keramikgehäuse: 512 auf 320 einzeln adressierbare Spiegel...
Abb.: Mikrospiegelarray im Keramikgehäuse: 512 auf 320 einzeln adressierbare Spiegel mit 48 Mikrometern Pixelgröße.
Quelle: Fh.-IPMS

In eigenen Laboren und dem sehr großen Reinraum entwickelt das Fraunhofer IPMS basierend auf der 200 Millimeter Wafer­technologie verschiedenste anwendungs­spezifische Flächenlicht­modulatoren. Um eine individuelle Auslenkung jedes Mikrospiegels zu ermöglichen, wird eine hochintegrierte elektronische Schaltung (ASIC) als Basis für die Bauteil­architektur verwendet. In Verbindung mit monolithisch integrierter MEMS-Technologie entstehen einzigartige Mikrospiegel­arrays. Darüber hinaus entwickelt das Institut die Elektronik und Software zur Ansteuerung der Bauelemente. Um den Technologie­transfer in die Anwendung zu erleichtern, bietet das Institut seinen Kunden Evaluationskits an. Das versuchsfertige Setup umfasst neben dem Mikrospiegelchip selbst die komplette Ansteuer­elektronik inklusive Software.

Die Flächenlichtmodulatoren werden beispielsweise in der Mikro­lithographie im tiefen Ultraviolett-Bereich, in der Herstellung von Leiterplatten (PCB), der Halbleiter­inspektion und -messtechnik sowie in der adaptiven Optik, der Astronomie, der Holografie und der Mikroskopie genutzt. Die Zertifizierung des Forschungsinstituts nach ISO 9001 unterstreicht seine Qualität, Kompetenz und Leistungsfähigkeit. Eine bahnbrechende Entwicklung des Dresdner Forschungsinstituts ist die Technologie­plattform eines CMOS-integrierten Mikrospiegel­arrays, bei dem jeder Spiegel individuell über zwei Kippachsen ausgelenkt werden kann. Das Bauelement besteht aus 512 auf 320 einzeln adressierbaren Spiegeln mit 48 Mikrometern Pixelgröße und ermöglicht die Umlenkung von Lichtstrahlen bzw. die Erzeugung und Steuerung von 2D-Intensitätsprofilen und Mustern mit variabler Intensität. Da anstelle einer Maskierung eine Lichtumverteilung stattfindet, ist eine hohe Lichtausbeute möglich.

Ein neues Anwendungs­gebiet der Senkspiegel ist die Holografie. Holografische Projektion ermöglicht die räumliche virtuelle Darstellung von Objekten mit einer 3D-Beobachter­erfahrung, identisch mit der bei realen Objekten, im Gegensatz zu alternativen Verfahren wie z.B. der Stereoprojektion. Die Mikrospiegel­arrays werden in Zukunft computer­generierte Holografie ermöglichen. Reale und virtuelle Welten verschmelzen – bewegt und in Echtzeit. Eine für Holografie optimierte Spiegelmatrix ist aktuell in Entwicklung. Als erstes Anwendungs­szenario wird hierbei ein Automotive Head-Up-Display (HUD) adressiert.

Fh.-IPMS / JOL

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