POLYMICRO pusht Mikro-Produzenten

EU-Kompetenzzentrum für polymere Mikrooptik unter Federführung des Forschungszentrums Karlsruhe eingerichtet

In vielen Technologiebereichen – beispielsweise der Telekommunikation, der medizinischen Diagnostik oder der Sensortechnologie – können die ständig steigenden Produktanforderungen von konventionellen Technologien nicht mehr erfüllt werden. Ein hohes Entwicklungspotenzial haben demgegenüber mikrooptische Komponenten auf Kunststoffbasis. Ob für optische Netzwerke oder für analytische Verfahren: Die kostengünstige Herstellung solcher Komponenten eröffnet insbesondere klein- und mittelständischen Firmen die Chance auf einen Zugang zu lukrativen Märkten. Die Einführung polymerer Mikrooptik in die Industrie ist Ziel des Kompetenzzentrums POLYMICRO, das mit Hilfe der Europäischen Union derzeit unter Federführung des Forschungszentrums Karlsruhe aufgebaut wird. Die EU stellt dafür 1,2 Millionen Euro zur Verfügung.

Der im Forschungszentrum entwickelte mikrooptische Abstandssensor ist modular aufgebaut: Er besteht aus einer mikrooptischen Bank mit Linsen und Spiegeln (rechts im Bild) und einer elektrooptischen Platte mit Laserdiode, Photodiode und Photodetektor.

Für den Einsatz in der optischen Datenübertragung wurde eine Steckverbindung mit 16 Multimode-Fasern von der Idee bis zur Kleinserienfertigung entwickelt.
Die wichtigsten Einsatzgebiete optischer Mikrobauteile liegen in der Analytik, der optischen Sensorik und der Kommunikationstechnik. Für einen breiten Einsatz müssen die Komponenten preiswert und in großen Stückzahlen herstellbar sein. Diese Randbedingungen erfüllen mikrooptische Systeme auf der Basis von Polymeren, also handelsüblichen Kunststoffen. Wegen der notwendigen Neuentwicklungen in der Fabrikationstechnik werden polymere mikrooptische Komponenten in der Industrie noch kaum eingesetzt, obwohl sie in den Labors verfügbar sind. Zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie auf diesem Gebiet hat die EU nun das Kompetenznetzwerk POLYMICRO genehmigt und für einen Zeitraum von drei Jahren 1,2 Millionen Euro bereitgestellt. Beteiligt sind Industriefirmen und Forschungszentren aus Deutschland, Großbritannien, Finnland und Israel. Die Federführung liegt beim Forschungszentrum Karlsruhe.

„Das Netzwerk bietet Kompetenzen in den Bereichen Forschung, Entwicklung und Prototypherstellung sowie bei der Umsetzung mikrooptischer Komponenten auf Polymerbasis in die Massenproduktion. Außerdem bieten wir Machbarkeitsstudien zur Fertigungstechnik, zur Fertigungsausstattung sowie Marktanalysen an“, erläutert Dr. Jürgen Mohr, Leiter der Abteilung Mikrooptik im Institut für Mikrostrukturtechnik des Forschungszentrums Karlsruhe und Projektleiter von POLYMICRO. „Das Beratungsangebot richtet sich vor allem an kleine und mittelständische Unternehmen, für die der Einstieg in die neue Technologie ohne Unterstützung mit hohen Risiken verbunden wäre. Gerade bei den Studien trägt die finanzielle Unterstützung durch das Projekt dazu bei, die für die Firmen wichtigen Fragestellungen anzugehen.“

Analytische Geräte bieten heute ein Mehr an Leistung zu einem Bruchteil des früheren Preises. Wo früher schrankgroße Spektrometer für hunderttausende Euro nur in großen Labors verfügbar waren, werden für die Analyse von Lackzusammensetzungen oder Zahnfarben heute Handgeräte eingesetzt. Höhere Ansprüche an Präzision, Leistungsfähigkeit, Funktionalität und Kostenreduktion können nur durch konsequente Miniaturisierung erfüllt werden. Viele der benötigten optischen und elektrooptischen Mikrosysteme – z. B. Abstandssensoren, Spektrometer oder aktive optische Komponenten wie Laserdioden – sind schon verfügbar und können durch modularen Aufbau für verschiedene Anwendungen konfiguriert werden.

Optische Netzwerke sind aus der modernen Kommunikationstechnik nicht mehr wegzudenken. Über Lichtleiter können Informationen mit höherer Übertragungsrate als in Metallkabeln fließen. Als wichtigstes Hindernis für eine weitere Verbesserung gelten heute die immer noch notwendigen Schnittstellen zwischen elektronischen und optischen Komponenten. Sobald die Daten bearbeitet oder verteilt werden müssen, ist vorher eine aufwendige Umwandlung der optischen in elektronische Signale notwendig. Werden die bearbeiteten Informationen weiter verteilt, sind unter Umständen weitere Transformationen erforderlich. Diese Umwandlungen sowie die begrenzten Kapazitäten elektronischer Systeme sind ein Hindernis für die Weiterentwicklung. Ziel ist deshalb der Aufbau eines rein optischen Netzwerkes, in dem Filter- oder Verteilerfunktionen ausschließlich von optischen Komponenten getragen werden. Auch hier sind die einzelnen optischen Komponenten (Mikrolinsen, Schalter, Filter) in der Forschung bereits verfügbar.