Ultrapräzise Maschinen für hybridoptische Elemente
Gekrümmte diffraktive Optiken werden zur Miniaturisierung spektroskopischer Systeme eingesetzt, die Herstellung der Replikationsmaster ist jedoch langwierig und kostenintensiv. Mehr Freiheiten im optischen Design bietet die flexible Ultrapräzisionszerspanung, sie erfordert allerdings die präzise Beherrschung von Maschine und Prozess.
Bild 1. Monolithisch integrierte Optik in Aluminium-RSA: konkav gekrümmtes Beugungsgitter und Toroidspiegel
Als Teil der optischen Analytik ist die optische Spektroskopie eine Querschnittstechnologie verschiedener Wachstumsmärkte, darunter die Medizin- und Energietechnik sowie die Luft- und Raumfahrttechnik. Der bestehende Trend zur Miniaturisierung bei gleichzeitiger Erhöhung der funktionalen Integrationsdichte, kombiniert mit einer steigenden Individualisierung und einem zunehmenden Kostendruck, erfordert flexible Fertigungsmethoden, die den hohen Qualitätsansprüchen der optischen Analytik genügen.
Steigende Anforderungen an miniaturisierte Hybridoptiken
Durch die zunehmende Individualisierung und Dezentralisierung spektroskopischer Messgeräte steht dem Markt ein Wandel bevor, der einen steigenden Bedarf an kompakten Spektrometer-Subsystemen und -Komponenten generiert. Neben einer Volumenreduzierung besteht die Forderung nach Erhalt der Messfähigkeit bei gleichzeitiger Kostenminimierung. Spektrometer bestehen aus mindestens einem optischen Gitter sowie abbildenden Elementen zur Strahlformung. Für eine hohe Effizienz werden oftmals Blazegitter mit dreieckiger Geometrie der Mikrostrukturen eingesetzt. Mithilfe gekrümmter Beugungsoptiken, die abbildende und dispergierende Eigenschaften vereinen, werden kompaktere optische Designs mit einer reduzierten Grenzflächenzahl realisiert, wodurch die Miniaturisierung bei gleichbleibender Effizienz begünstigt wird. Derartige Optiken sind aufwendige Einzelanfertigungen, die als High-End-Produkt direkt verwendet werden oder durch Replikation von Masterstrukturen Massenmärkte erschließen können. Die Herstellung der Einzeloptiken und der Masterstrukturen kann komplementär durch Ultrapräzisionsfertigung oder lithografische Verfahren erfolgen.
Die Herstellung von Blazegittern durch Ultrapräzisions-(UP-)Fertigungstechnologien bietet wesentliche Vorteile für die Auslegung von Hybridoptiken. Die Technologie ermöglicht einerseits die individuelle Linienführung mit einer gesteigerten Anzahl an Freiheitsgraden. Andererseits können Formnester für die Replikation direkt gefertigt werden. Das bedeutet nicht nur einen Fortschritt für individuelle Anwendungen, sondern bereitet auch den Weg von der aufwendigen Einzelanfertigung derartiger Optiken zur prozesssicheren Replikation für hochauflösende Spektrometer (Bild 1). Die hierfür notwendigen Erweiterungen und Anpassungen der Maschinen- und Prozesstechnik an die speziellen Anforderungen optischer Gitter wurden in enger Zusammen-arbeit der Unternehmen LT Ultra-Precision Technology und Carl Zeiss Jena sowie der Technischen Universität Berlin innerhalb eines BMBF-geförderten Forschungsprojekts entwickelt. [...]
Hersteller:
LT Ultra-Precision Technology GmbH
88634 Herdwangen-Schönach
Tel. +49 7552 40599-0
Fax +49 7552 40599-50
www.lt-ultra.de
Carl Zeiss Jena GmbH
Abteilung Mikrostrukturierte Optik
07745 Jena
Tel. +49 3641 643851
www.zeiss.com/carl-zeiss-jena
Forschungseinrichtung:
Technische Universität Berlin
Fachgebiet Mikro- und Feingeräte
10587 Berlin
Tel. +49 30 314-22006
www.mfg.tu-berlin.de