Fraunhofer IPMS entwickelt räumliche MEMS-Lichtmodulatoren

Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS hat sein Technologieportfolio für räumliche Lichtmodulatoren (SLM) weiterentwickelt, um Hochgeschwindigkeits-Amplituden- und Phasenmodulation in der Halbleiterfertigung, medizinischen Mikroskopie, Materialbearbeitung und im Quantencomputing zu unterstützen. Die mikroelektromechanische Systemplattform (MEMS) arbeitet über Spektralbereiche vom tiefen Ultraviolett (DUV) bis hin zu nahinfraroten Wellenlängen und steuert optische Wellenfronten durch die Auslenkung von Mikrospiegeln.

Optische Architekturen und Anwendungen
Räumliche Lichtmodulatoren manipulieren Wellenfrontparameter im mikroskopischen Maßstab. In der Halbleiterlithographie formen DUV- und UV-kompatible Modulationsarchitekturen Lasermuster, um die Waferbelichtung zu optimieren. In der optischen Mikroskopie sorgen einachsig kippbare Spiegelelemente für eine selektive, hochauflösende Probenbeleuchtung. Für die Lasermaterialbearbeitung lenken zweiachsig kippbare Mikrospiegel optische Energie mit minimaler Strahlabschwächung um, um den Durchsatz beim Laserschneiden und bei der Oberflächenmodifikation zu verbessern.

Für die Quanteninformationsverarbeitung erzeugen SLMs dynamische holographische Strahlprofile, die als optische Pinzetten fungieren, um Anordnungen neutraler Atome einzufangen und zu organisieren. In holographischen Displayanwendungen synthetisieren phasenmodulierende Kolbenspiegel-Arrays echte dreidimensionale Wellenfronten, ohne auf simulierte stereoskopische Tiefeninformationen angewiesen zu sein.

Diffraktive MEMS-Evaluierungsplattformen
Das Fraunhofer IPMS bietet Evaluierungskits an, mit denen Anwender sowohl Kipp- als auch vertikale Kolbenspiegelkonfigurationen auf einer einheitlichen Hard- und Softwareplattform validieren können. Das Kit umfasst die Ansteuerelektronik, eine Schnellstart-Bediensoftware und eine PC-Schnittstellenbibliothek.

Das diffraktive MEMS-Kit enthält ein Array aus 256 × 256 individuell adressierbaren Kipp-Mikrospiegeln mit einer Kantenlänge von jeweils 16 µm. Jedes Spiegelelement bewegt sich in einem analogen Bereich zwischen der Grundausrichtung und einem definierten Kippwinkel, um einfallendes Licht in bestimmte Beugungsordnungen zu lenken, wobei die Kompatibilität mit tiefem Ultraviolett und längeren optischen Wellenlängen gewährleistet bleibt.

„Ein diffraktives optisches Element reflektiert Licht nicht einfach wie ein herkömmlicher Spiegel. Seine speziell entwickelte Struktur beugt das Licht und lenkt es in bestimmte Richtungen“, erklärte Dr. Michael Wagner, Leiter des Geschäftsfelds Räumliche Lichtmodulatoren am Fraunhofer IPMS. „Unser diffraktives MEMS-Bauelement verfügt über 256 × 256 einzeln ansteuerbare Kippspiegelelemente mit einer Kantenlänge von jeweils 16 Mikrometern. Jedes Spiegelelement lässt sich unabhängig in einem nahezu kontinuierlichen Bereich zwischen seiner Ausgangsposition und einer definierten Kippstellung bewegen. Dadurch kann Licht präzise in verschiedene Richtungen gelenkt werden. Das Bauelement eignet sich sowohl für DUV-Licht als auch für längere Wellenlängen.“

„Unsere Evaluierungskits ermöglichen es Anwendern, die SLM-Technologie in ihrer eigenen Anwendungsumgebung zu validieren. Für spezifische Anforderungen entwickeln wir kundenspezifische SLMs – von der ersten Machbarkeitsanalyse bis zur Pilotfertigung. Unsere Expertise reicht vom Design über die Prozessentwicklung bis hin zur Systemintegration“, ergänzte Wagner.




Messedemonstration auf der Photonix Japan 2026
Das Fraunhofer IPMS wird seine räumlichen Lichtmodulatoren auf der Photonix Japan 2026 vorstellen, die vom 30. September bis 2. Oktober 2026 in Makuhari, Chiba, Japan stattfindet. Am Stand 49-39 in Halle 8 umfasst die Präsentation die Evaluierungskits, Hochleistungs-SLM-Komponenten sowie in Acryl eingekapselte Bauteilmodelle. Patrick Recknagel wird die Funktionsprinzipien, Leistungskennzahlen und Anwendungsfälle der Technologie in Industrie und Forschung erläutern.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt beschreibt technische Spezifikationen, die nicht in der ursprünglichen Pressemitteilung enthalten waren.

Auf komplementären Metall-Oxid-Halbleiter-Backplanes (CMOS) hergestellte MEMS-basierte räumliche Lichtmodulatoren erreichen im Vergleich zu Flüssigkristall-auf-Silizium-Modulatoren (LCoS) hohe Bildwiederholraten und erzielen regelmäßig Bildraten und Modulationsfrequenzen von über 2 kHz bis 10 kHz. In Hochleistungslaser- und DUV-Lithographieanlagen werden Mikrospiegeloberflächen typischerweise mit reinem Aluminium oder dielektrischen Mehrfachschichten metallisiert, um kontinuierlichen thermischen Belastungen standzuhalten und Phasendrift bei Excimer-Laserwellenlängen wie 193 nm und 248 nm zu vermeiden. Elektrostatische Antriebsstrukturen unter jedem Pixel erzeugen vertikalen Hub oder Winkelablenkung durch Anlegen individueller analoger Spannungen zwischen der Spiegelmembran und vergrabenen Adresselektroden, wodurch eine Hubpräzision bis in den Subnanometerbereich gewahrt bleibt. Darüber hinaus minimieren hohe optische Füllfaktoren – die häufig 85 bis 90 Prozent übersteigen – unmodulierte Hintergrundreflexionen und Streulichtbeugung, was entscheidende Parameter für die Einfangstabilität optischer Pinzetten und die kohärente Laserstrahlkombination darstellt.

Redaktionell bearbeitet von Romila DSilva, Induportals-Redakteurin, mit KI-Unterstützung.