Optik

Mikrooptische Bauteile, wie Linsen, Gitter, photonische Kristalle oder diffraktive optische Elemente, werden in der Optoelektronik und in der optischen Industrie vermehrt in Umgebungen eingesetzt, die eine hohe Alterungsstabilität voraussetzen. Herstellungskosten und Materialverbrauch müssen sowohl bei hohen Stückzahlen als auch bei hochspeziellen Bauteilen reduziert werden. Die anorganisch-organischen Hybridpolymere weisen – verglichen mit rein polymeren Werkstoffen – hervorragende optische Eigenschaften auf und haben durch ihre chemische Struktur und aufgrund ihrer vielfältigen Verarbeitungsmöglichkeiten das Potenzial, auf die jeweiligen Anforderungen angepasst zu werden. Neben anderen Strukturierungsverfahren erlauben insbesondere die Nanoimprint-Lithographie und die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) auch komplexe dreidimensionale Formgebungen. Die Materialien sind zudem kompatibel zu mikroelektronischen und halbleiterüblichen Produktionsprozessen.


Themenschwerpunkte

Um die Effizienz von LEDs, OLEDs, Solarzellen oder auch Displays zu erhöhen, spielt die Aus- und Einkopplung von Licht eine zentrale Rolle. Je nach Anforderungen entwickelt das Fraunhofer ISC rein anorganische oder hybride Schichten, die in ihren Brechzahlen, Streueigenschaften oder Oberflächenrauigkeiten und -strukturen so herzustellen sind, dass die Leistungsfähigkeit der Elemente erhöht werden kann.
 

Methoden und Technologien

Die optische Datenübertragung gewinnt in der Informations- und Kommunikationstechnologie immer mehr an Bedeutung. Der Grund dafür sind die Datenmengen und die zunehmende thermische und elektrische Herausforderung durch die fortschreitende Miniaturisierung bzw. Erhöhung der Integrationsdichte. Wellenleitermaterialien, die sowohl fertigungstechnologisch als auch im Bezug auf ihre intrinsischen Eigenschaften möglichst verlustfrei für Single- oder Multimode-Wellenleiter eingesetzt werden können, kommt dabei eine Schlüsselrolle zu. Das Fraunhofer ISC entwickelt Technologien, bei denen sowohl die räumliche Auslegung der Wellenleiter als auch die Ein-/Auskopplung in optoelektronische Bauteile optimiert wird, insbesondere für die optische Aufbau- und Verbindungstechnik auf Board-, Modul und Chipebene. Mit der Zwei-Photonen-Polymerisation entwickelt das Fraunhofer ISC für diese Zwecke einen Prozess, der die energie- und ressourcenschonende Herstellung von dreidimensionalen optischen Wellenleitern erlaubt und kompatibel zu herkömmlichen Assemblierungsprozessen ist.

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Compatibility of ZrO<sub>2</sub> nanocrystals in inorganic-organic hybrid polymer matrices (ORMOCER<sup>®</sup>)
© K. Selsam-Geißler, Fraunhofer ISC

Compatibility of ZrO2 nanocrystals in inorganic-organic hybrid polymer matrices (ORMOCER®)

ABSTRACT:
In a variety of applications, non-yellowing, easy-processable bulk materials with high refractive indices (> 1.6) are needed in order to improve performance and/or efficiency of optical and electro-optical devices and components. Facing these demands, most common approach is the use of composite material consisting of a polymeric matrix and high-refractive nanoparticles. This white paper discusses the combination of best-of-class materials in order to achieve high-quality composites showing a remarkable ageing stability. The blue-light stability and the achievable refractive indices are reported.

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Zwei-Photonen-Polymerisation

Mikrolinsenarray
© Fraunhofer ISC

Mikrolinsenarray

Die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) ist ein Verfahren zur Erzeugung von dreidimensionalen polymeren Mikro- und Nanostrukturen mithilfe fokussierter Ultra-Kurzpulslaserstrahlung. Die extrem hohen Photonendichten, die der Prozess erfordert, werden heute durch den Einsatz von gepulsten Femtosekundenlasern möglich. Die 2PP kann potenziell Anwendung finden in der Mikrooptik zur Erzeugung von Wellenleiterstrukturen oder Mikrolinsen, in der Mikroaktorik (Mikrogreifer, Mikronadeln), in der Mikrofluidik zur Erzeugung von Mikropumpen und -ventilen und im Tissue Engineering zur Herstellung von Zellträgerstrukturen (Scaffolds).

Hier finden Sie die Publikation: Two photon polymerization for applications in microoptics

Fraunhofer-Leitprojekt: GoBeyond 4.0

Mehr zum Fraunhofer-Leitprojekt Go Beyond 4.0