Evaluations-Plattform Testplattform für hochpräzise Flächenlichtmodulatoren

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Das Fraunhofer IPMS präsentiert erstmals seine weiterentwickelten, leistungsstarken Evaluation-Kits für Flächenlichtmodulatoren. Diese können nun wahlweise mit Kipp- oder Senkspiegeln als Aktuatorentyp ausgestattet werden. Die winzigen Mikrospiegel der Flächenlichtmodulatoren ermöglichen eine pixelweise Lichtmanipulation.

Flächenlichtmodulatoren sind Schlüsselkomponenten moderner photonischer Systeme. Ihre hochpräzise und dynamische Lichtsteuerung kommt in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz: Von der Mikrolithografie über Astronomie bis hin zu Quantencomputing oder echter 3D-Holografie. Doch Entwickler kennen das Problem: Unterschiedliche Spiegeltechnologien verlangen meist separate Test- und Evaluationssysteme. Für die Produktentwicklung ist das nicht nur kostenintensiv und aufwendig, sondern benötigt auch Zeit.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS entwickeln 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.

Evaluations-Kits mit 64k Spiegeln

Um den Transfer der 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 oder 256 x 256 Spiegeln an. Die Experten des Geschäftsfeldes Spatial Light Modulators haben das Evaluation-Kit weiterentwickelt: 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.

Diese Flexibilität eröffnet völlig neue Perspektiven für Entwickler und Anwender optoelektronischer Komponenten:

• Kippspiegelarrays (1-Achsen- oder 2-Achsen-Systeme) modulieren das Licht in Winkel und Intensität. Sie finden Anwendungen in der selektiven Mikroskopie-Beleuchtung und in der Materialbearbeitung, wo präzise Lichtverteilung mit minimalem Intensitätsverlust entscheidend ist.

• Senkspiegelarrays modifizieren hingegen gezielt die optische Phase. Damit eröffnen sie Anwendungsfelder in der hochwertigen Phasenmodulation für echte 3D-Holographie sowie adaptive Optik in Astronomie und Quantencomputing.

Dr. Michael Wagner vom Fraunhofer IPMS: „Normalerweise benötigt man für verschiedene Spiegeltechnologien auch unterschiedliche Testsysteme, weil die einzelnen Spiegelarrays auf jeweils eigenen CMOS-Backplanes basieren. Unsere Kits ermöglichen Anwendern und Entwicklern die Flächenlichtmodulatoren auf einer zentralen Plattform zu testen.“

Breiter Spektralbereich und hohe Modulationsgeschwindigkeit

Abhängig vom Spiegeltyp lassen sich die Evaluation-Kits flexibel in verschiedenen Spektralbereichen einsetzen: vom ultravioletten über den sichtbaren Bereich bis hin zum nahen Infrarot. Zudem arbeiten die Experten aktuell an der Einbindung des tief-ultravioletten Spektralbereichs. Hierdurch erschließt sich der wichtige Deep-UV-Bereich, der insbesondere in der Halbleiterindustrie große Relevanz besitzt, um feinste Strukturen abzubilden und Mikrolithografieprozesse weiter zu verbessern.

Ein weiterer entscheidender technischer Vorteil ist die hohe Modulationsfrequenz, die das Setup ermöglicht. Dieser befindet sich im Kilohertz-Bereich und damit deutlich höher als bei den meisten konventionellen Ansteuerungen. Die Steuerelektronik erlaubt es, die Leistungsfähigkeit der Chips komplett auszureizen, wie Experte Mario Nitzsche vom Fraunhofer IPMS betont.

Das universelle Evaluations-Kit umfasst eine Steuerplattform, einen speziell entwickelten 64k-Mikrospiegelchip (SLM-Chip, Spatial Light Modulator) sowie hochentwickelte Software zur optimalen Ansteuerung und Kalibrierung der Spiegelarrays. Darüber hinaus unterstützt das Fraunhofer IPMS bei der Integration des Kits in kundenspezifische Entwicklungen und Produkte.

Vom Chip bis ins Weltall

Die flexiblen und hochpräzisen Flächenlichtmodulatoren des Fraunhofer IPMS finden bereits jetzt Anwendung in zahlreichen Branchen:

• Halbleiterindustrie: Speziell bei Mikrolithografie-Prozessen im Deep-UV-Bereich sorgt die innovative Modulations-Technologie für hochauflösende Strukturdefinitionen.

• Materialbearbeitung: Präzisionsverfahren zur Bearbeitung mit Laserlicht profitieren von exakt steuerbaren 2-Achsen-Kippspiegelarrays.

• 3D-Holografie und Head-up-Displays: Senkspiegelarrays ermöglichen erstmals echte, räumlich realistische dreidimensionale Darstellungen ohne Spezialbrillen.

• Adaptive Optik in Astronomie und Medizintechnik: Die hochgenaue Phasenmodulation ist unverzichtbar für exakte Korrekturen und exzellente Bildqualitäten.

• Quantencomputing: Optische Fallen und Quantenzustände erfordern hochpräzise Lichtsteuerung, wie sie die IPMS-Technologie ermöglicht.

Dr. Michael Wagner vom Fraunhofer IPMS: „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.“ (heh)

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