Mikrooptische Komponenten sind Schlüsselelemente einer Vielzahl opto-elektronischer Systeme und ermöglichen die Realisierung innovativer Produkte. Durch Integration mikrooptischer Komponenten können optische und opto-elektronische Systeme miniaturisiert und um neue Funktionen erweitert werden. Dabei sind u.U. Strukturgrößen bis in den Nanometerbereich notwendig.

Hierzu wurde in den letzten Jahren im Bereich ‚Optische Messtechnik und opto-elektronische Systeme‘ ein Nanostrukturlabor mit einer Fläche von über 100 m2 eingerichtet, das die Entwicklung von integrierten optischen Mikro- bzw. Nanostrukturen ermöglicht.

Nanostrukturierte optische Komponenten

Nanostrukturierte optische Komponenten können mit Hilfe der Zwei-Photonen-Lithographie, der Mehrphotonenabsorption und einer Focused Ion Beam Anlage (FIB) einschließlich eines Elektronenstrahl-Lithographiesystems (E-Litho) hergestellt werden.

Dazu gehören z. B. diffraktive Strukturen oder computergenerierte Volumenhologramme in Polymeren oder Glas z. B. für die Erzeugung von Sicherheitsmerkmalen, optischen Wellenleitern oder Filtern. Darüber hinaus ist die Deposition von Metallen und Isolatoren mit Hilfe einer PVD-Anlage sowie durch die Intergration eines Gas Injection Systems (GIS) in der FIB-Anlage möglich. Neben der Herstellung von Mikrostrukturen können diese im Vorfeld modelliert und nach der Herstellung optisch charakterisiert werden.

Ralf B. Bergmann

Prof. Dr. rer. nat. habil.
  • Gruppenleiter

Zwei-Photonen-Lithographie:

Die Zwei-Photonen-Lithographie wird in der Photonik genutzt, um in photosensitiven Materialien dreidimensionale Mikro- und Nano-Strukturen mit Hilfe eines gepulsten fokussierten Lasers zu schreiben. Ein Vorteil dieser Methode ist die maskenlose on-Chip Herstellung photonischer Strukturen wie z.B. diffraktiver optischer Elemente oder Lichtwellenleiter.

Mehrphotonenabsorption:

Mit Hilfe der Mehrphotonenabsorption können durch kurze Laserpulse hoher Intensität Modifikationen unterhalb der Oberfläche des zu bearbeitenden Materials, wie z.B. Silizium oder Glas, erzeugt werden. Dadurch lassen sich im Substrat z.B. Volumenhologramme oder optische Wellenleiter generieren.


Focused Ion Beam Anlage:

Das Rasterelektronenmikroskop mit dem integrierten FIB / GIS / E-Litho System ermöglicht die präzise Herstellung von Mikro- und Nano-Strukturen. Diese können entweder mit Hilfe eines fokussierten Gallium-Ionenstrahls in das Material geätzt oder durch das Gas Injection System in Form von Metallen oder Isolatoren auf der Oberfläche deponiert werden. Beispiele sind Mikrosäulenresonatoren, photonische Kristalle, elektrische Kontakte oder das Erzeugen von Strukturen z.B. auf Faserenden im Sub-Mikrometer Bereich.

Anwendungen

Die Anwendungen der Mikro- und Nano-Optik reichen von grundlegenden physikalischen Untersuchungen (z.B. Entwicklung von Einzelphotonenemittern zur Quantenkryptographie) bis hin zu angewandten Themen (z.B. Herstellung von Volumenhologrammen oder photonischen Kristallen, photonischen Strukturen auf integrierten Schaltkreisen, der digitalen Holographie, der Sensorik oder Medizintechnik).