Fraunhofer IPMS zeigt Flächenlichtmodulatoren

Flächenlichtmodulatoren (Spatial Light Modulators, SLMs) ermöglichen es, Licht in Amplitude und Phase auf mikroskopischer Ebene genau und schnell zu modulieren. Als Schlüsseltechnologie moderner optischer Anwendungen bilden sie die Grundlage für Fortschritte in der Mikrolithografie, der Mikroskopie und der adaptiven Optik sowie bei holografischer Bild- und Mustererzeugung und im Quantencomputing. Das Institut entwickelt SLMs auf Basis mikroelektromechanischer Systeme (MEMS). Diese SLMs bilden eine Technologieplattform für Wellenlängen vom tiefen Ultraviolett (DUV) bis zum Nahinfrarot. Auf dieser Grundlage realisiert das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS anwendungsspezifische Lösungen.

Wo lässt sich SLM-Technologie einsetzen?

Aktuelle Fortschritte in der Flächenlichtmodulation erweitern das Spektrum möglicher Anwendungen. So lassen sich in der Mikroskopie Proben mithilfe präzise gesteuerter einachsiger Kippspiegel selektiv und hochauflösend ausleuchten. In der Halbleiterindustrie helfen Modulationsverfahren im UV- und DUV-Spektralbereich Lithografieprozesse zu optimieren. Auch für die Materialbearbeitung bietet die Technologie Potenzial: Mithilfe zweiachsiger Kippspiegel lässt sich Licht verlustarm umverteilen und so die Effizienz der Materialbearbeitung steigern. Für die 3D-Holografie ermöglicht die präzise Phasenmodulation die Erzeugung echter räumlicher Darstellungen. Anders als bei 2D-Darstellungen mit simuliertem Tiefeneindruck entsteht dabei ein tatsächlich dreidimensionales Hologramm.

Die SLMs des Fraunhofer IPMS können die Lichtintensität präzise steuern. Die Amplitudenmodulation eröffnet Anwendungen, etwa in der Laserstrahlformung, der optischen Signalverarbeitung und bei Displaytechnologien.

Im Quantencomputing formen SLMs Laserstrahlen mithilfe holografischer Verfahren. So entstehen fokussierte Lichtpunkte, die als optische Pinzetten einzelne neutrale Atome festhalten. Zahlreiche Atome lassen sich dadurch gleichzeitig in flexiblen Anordnungen kontrollieren. Die Lichtmuster können dynamisch an unterschiedliche Quantenoperationen angepasst werden. Der Betrieb der SLMs im ultravioletten Wellenlängenbereich unterstützt zudem die erforderliche Anregung der Atome.

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Evaluierungskits für Flächenlichtmodulatoren

Damit interessierte Unternehmen Flächenlichtmodulatoren erproben können, bietet das Fraunhofer IPMS Evaluierungskits an. Mit einem solchen Kit lassen sich verschiedene Spiegelarchitekturen auf derselben Plattform testen. Je nach eingesetztem Aktor können die Mikrospiegel gekippt oder vertikal ausgelenkt werden. Das »Diffractive MEMS KiT« basiert auf einem Array aus analogen Kipp-Mikrospiegeln und ermöglicht eine hochauflösende optische Amplitudenkontrolle bei hoher Geschwindigkeit. Alternativ ist das Kit auch mit einem analogen Senkspiegelarray zur Phasenmodulation erhältlich.

Der diffraktive MEMS-Baustein des Instituts verfügt über 256 × 256 einzeln ansteuerbare Kippspiegelelemente mit einer Kantenlänge von jeweils 16 µm. Jedes Spiegelelement lässt sich unabhängig und nahezu stufenlos zwischen der Ausgangsposition und einer definierten Kippstellung bewegen. So lässt sich das Licht gezielt in unterschiedliche Richtungen lenken. Der Baustein eignet sich sowohl für DUV-Licht als auch für längere Wellenlängen. Neben dem Mikrospiegelchip umfasst das Kit die vollständige Ansteuerungselektronik, eine Schnellstart-Software und eine PC-Schnittstellenbibliothek.

Die Einsatzmöglichkeiten reichen von 3D-Displays und spiegelbasierender adaptiver Optik bis zum Quantencomputing mit neutralen Atomen. Die Technologie könnte damit innovative industrielle Lösungen und wissenschaftliche Fortschritte fördern, etwa in der Astronomie und im Quantencomputing.