Aktive mikrostrukturierte Optik (AkmOSys)
- Mitarbeiter: M.Eng. Benjamin Ryba (Doktorand)
- Laufzeit und Fördermittel: 2012-2015, gefördert mit Mitteln des TMBWK
In diesem Forschungsprojekt stehen variable mikrooptische Elemente im Zentrum. Dazu werden spektrale Gitter, Mikrolinsenarrays oder diffraktive Linsen in eine Elastomermembran übertragen, die dann unter Dehnung ihre optischen Eigenschaften verändern können. Im ersten Teil des Projekts wurden dehnbare optische Liniengitter untersucht, deren Gitterperiode sich durch mechanische Verformung vergrößerte und damit den Beugungswinkel änderte. Für eine vollständige Beschreibung des Phänomens wurde sowohl eine kombinierte mechanisch-optische Simulation als auch eine Überprüfung der theoretischen Ergebnisse durch Experimente durchgeführt. Um Simulation und Messung zu vergleichen, wurde das Profil eines abgeformten Silikongitters mittels konfokaler Mikroskopie aufgenommen und über eine Finite Elemente Analyse virtuell gestreckt. Anschließend diente das resultierende Profi l für eine rigorose wellenoptische Berechnung der Energieverteilung über unterschiedliche Beugungsordnungen und Wellenlängen. Die Daten der Effizienzverteilung der Simulation konnten nun mit der Messung mittels Laserdioden bei 405 nm, 532 nm und 635 nm verglichen werden [Abb. 1].
Es zeigte sich eine gute Korrelation von Messungen und Simulation, welche die Verschiebung des Effizienzspektrums hin zu kürzeren Wellenlängen verifiziert. Mit diesem Simulationswerkzeug lassen sich verschiedene Profilparameter von optischen Gitter untersuchen, um somit den Anwendungsbereich dehnbarer Gitter zu spezifizieren.
Der zweite Abschnitt des Projekts zielt auf die Variation komplexerer mikrooptischer Strukturen, wie Mikrolinsenarrays oder diffraktive Linsen. Um Eigenschaften wie z.B. die Brennweite einer solchen Linse aktiv zu steuern, ist es notwendig die zugrundeliegende Elastomermembran gleichmäßig radial zu dehnen. Hierzu wurde ein Konzept entwickelt, welches die Kinematik auf vier bewegliche Elemente in ausschließlich zwei linearen Bahnen reduziert. Dabei sind vier Kunststoffkämme jeweils gegenüberliegend in das Silikonmaterial eingegossen [Abb. 2].
Unter identischem Verschiebeweg der Kämme nach außen kann eine radiale Dehnung erreicht werden, bei der kreisförmige Elemente auf der Membran ausschließlich ihren Durchmesser vergrößern, ohne deformiert zu werden.
Sonstiges
Lehrgebiete: Angewandte Optik
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