Opto-mechanische Grenzen der zylindrischen Optofluidik

• Antragsteller: Professor Dr. Hans Zappe
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411766042

Das Ziel des aktuellen Projekts ist die Erforschung der optischen Leistungsgrenzen von vollständig flüssigen optofluidischen Bildgebungssystemen. Die primären optischen Leistungsüberlegungen sind die Aberrationssteuerung und die Betätigungsgeschwindigkeit. Zum Abschluss des Projekts wollen wir aberrationskorrigierte fluidische Bildgebungssysteme demonstrieren, die mit Geschwindigkeiten betrieben werden können, die mit klassischen, großvolumigen opto-mechanischen Komponenten vergleichbar sind.Die zylindrische optofluidische Technologie (tubular optofluidics) basiert auf der kontrollierten Manipulation des Meniskus zwischen unterschiedlichen Flüssigkeiten mit genau definierten Brechungsindizes, Dichten und Mischbarkeit, welche vollständig in einer zylindrischen Struktur verpackt sind. Die Ansteuerung des Meniskus erfolgt dabei durch Elektrobenetzung (Electrowetting-on-dielectrics), gesteuert durch das gezielte Anlegen von Spannungen an einer strukturierten Folie auf der Zylinderinnenseite.Der Schlüssel zu einer verbesserten Aberrationssteuerung und einer präziseren Manipulation der Flüssigphasenfronten für Wellenfrontmodulation mit hoher räumlicher Frequenz ist die Realisierung einer hohen Elektrodendichte innerhalb dieser zylindrischen Struktur. Eine detaillierte Analyse der Hydrostatik des Systems wird ebenso durchgeführt, wie eine detaillierte Modifikation der Grenzflächen den Flüssigkeiten und Oberfläche. Durch die Realisierung von 64 azimutal verteilten Elektroden werden die Grenzen für die Definition der möglichen verformten Menisken mit hoher räumlicher Frequenz bestimmt.Darüber hinaus werden für angestrebte Hochgeschwindigkeitsanwendungen im Bereich von Bildgebungs- und Abtastsystemen neuartige Flüssigkeitskombinationen und dielektrische Grenzflächenmaterialien untersucht, um damit die Spannungen und elektrische Feldverteilungen zu optimieren, und somit die Schaltzeitkonstanten zu reduzieren. Es wird erwartet, dass durch hydrostatische und hydrodynamische Analysen der flüssigkeitsbasierten Systeme Schaltzeiten erreicht werden können, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind.Als Demonstratoren für flüssigkeitsbasierte Hochleistungsbildgebungs- und Abtastsystemen werden ein durchstimmbarer anamorphotischer Bildsensor, ein optischer 360-Grad-Scanner ohne mechanisch bewegte Teile und ein Linsensystem mit korrigierbaren Aberration realisiert.Wir erwarten, dass diese Ergebnisse eine ausreichende wissenschaftliche und technologische Wirkung erzielen werden, so dass optofluidische Komponenten und Systeme der realen Anwendung in der Praxis deutlich näherkommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen