3D diffraktive Elemente durch direktes Femtosekunden-Laserschreiben

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409765270

Diffraktive Optische Elemente (DOEs) sind Werkzeuge, um Licht praktisch beliebig zu formen. Sie finden zunehmend Anwendung in vielen Bereichen der Optik, zum Beispiel in der Laser-Materialbearbeitung oder der Bildgebung, wo Prozesse durch DOE-gestützte Parallelisierung um ein Vielfaches beschleunigt werden können.DOEs sind üblicherweise zweidimensional und werden durch Ätzen Mikrometer-großer Strukturen in die Oberfläche von Glasplättchen hergestellt. Für viele Anwendungen wären jedoch auch dreidimensionale DOEs interessant. Solche 3D DOEs könnten aus „Voxeln“ bestehen, die man direkt in das Volumen von Glas einschreibt. Es ist bekannt, dass 3D DOEs eine äußerst hohe Sensitivität gegenüber der Licht-Einfallsrichtung und Wellenlänge aufweisen. Diese herausragende Empfindlichkeit könnte es ermöglichen, eine neue Klasse optischer Elemente zu erzeugen. So wäre es zum Beispiel denkbar, ein miniaturisiertes 3D DOE auf einen in der Mikroskopie üblichen Glas-Objektträger einzuschreiben, wo es die Unterscheidung verschiedener Zell-Typen nur auf Grund einer Analyse von reflektiertem Licht ermöglicht.Zurzeit unterliegt die praktische Realisierbarkeit von 3D DOEs einigen Limitierungen. Zum einen erfordert deren Design ab einem gewissen Komplexitätsgrad enormen rechnerischen Aufwand. Zum anderen fehlen adäquate Fabrikationstechniken, welche die Herstellung der erforderlichen Mirkometer-Strukturen in größeren Glastiefen mit einer ausreichenden Geschwindigkeit erlauben. Durch unsere Forschungsarbeit wollen wir signifikante Schritte in Richtung der praktischen Realisierbarkeit von 3D DOEs unternehmen. Wir planen die Entwicklung neuer Design-Algorithmen sowie einer neuen Fertigungsstrategie, die den hohen Anforderungen gerecht wird. Unser Ansatz basiert auf parallelisiertem direktem Femtosekunden-Laserschreiben, bei dem viele Voxel gleichzeitig in einem Glasvolumen durch Belichtung mittels Ultrakurzpuls-Laserfokusse erzeugt werden. Im Laufe des Forschungsprojektes wollen wir schrittweise DOEs steigender Komplexität in Form von 2D, vielschichtigen und schließlich 3D designen und herstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexander Jesacher