Kompetenz in Sachen Mikrooptik

Die Zukunft gehört der Mikrooptik: Die platzsparenden Linsen und Arrays, die zum Teil sogar neuartige optische Funktionen haben, werden in der Textilindustrie, Medizin und Telekommunikation bereits eingesetzt. Solche Bauteile sind auf der Messe Optatec zu sehen, die vom 18. bis 21. Juni in Frankfurt stattfindet.

»Mikrooptik ist mehr als nur verkleinerte Optik«, sagt Dr. Uwe Zeitner, Physiker am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF. »Für die Herstellung miniaturisierter Linsen und Arrays sind neue, innovative Fertigungstechnologien notwendig. Sie besitzen optische Funktionen, die mit klassischer Optik nicht zu erreichen sind.«

Ein mikrooptische Sensor, den Zeitners Team gemeinsam mit dem Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoffforschung entwickelt hat, kann die Qualität von Hightech-Fasern in Spinnmaschinen messen. In solchen Maschinen wird ein Polymer durch Düsen gepresst und anschließend mit mehreren Kilometern pro Minute auf Spulen gewickelt. Dieses Aufwickeln und Strecken, das »Recken« des Fadens, entscheiden über Elastizität, Festigkeit und damit über die Qualität – sowohl des Fadens wie des fertigen T-Shirts oder Anzugs.

Veränderungen der Qualität lassen sich mikrooptisch sichtbar machen, denn eine variierende Festigkeit geht Hand in Hand mit veränderten optischen Eigenschaften. Der neue Sensor misst Veränderung des Brechungsindex’, indem er den Faden mit polarisiertem Licht bestrahlt. Ein Array aus drei mikrooptischen Polfiltern misst, um wie viel Grad die Polarisationsebene gedreht wurde. Ist das System einmal justiert – das heißt die für die gewünschte Qualität erforderliche Drehung der Polarisationsebene bestimmt – kann der Sensor online Veränderungen messen und anzeigen. »Auf diese Weise lässt sich die Faserqualität moderner Spinnmaschinen steigern«, so Zeitner.

Der Sensor ist nur eine von mehreren Innovationen, die das IOF auf der Optatec vorstellt. Präsentiert werden auch Herstellungsverfahren, die für die Produktion der winzigen mikrooptischen Systeme geeignet sind. Mit einem neuen Lötsystem lassen sich die Bauteile, die in Medizintechnik, Telekommunikation und Lithografie eingesetzt werden, zusammenfügen.

Ein weiteres Highlight auf der Messe sind Beschichtungsverfahren für optische Gläser. Mit dem Schichtsystem »AR-hard« können zum Beispiel Brillengläser aus Kunststoff in einem Arbeitsgang entspiegelt und gehärtet werden. Auf die hochtransparenten Kunststoffe Zeonex™ und Topas™ aufgebracht, ist diese Beschichtung so stabil, dass nicht einmal Stahlwolle sie zerkratzen kann.

Mit den neuen Beschichtungstechniken können die Forscher mittlerweile auch Spiegel für die übernächste Generation von Lithographie-Systemen herstellen. Diese Systeme arbeiten mit Extremer Ultraviolett-Strahlung. Um den Strahlengang lenken zu können, werden optische Systeme benötigt, die dieses EUV gut reflektieren und gleichzeitig wärmebeständig sind. Am Institut wurden solche Spiegel mit maßgeschneiderten spektralen Eigenschaften entwickelt. Auch sie werden auf der Optatec zu sehen sein.