Kohärente Optik und Nanophotonik

Kohärente Optik
und Nano-Photonik

Die Arbeitsgruppe Kohärente Optik erforscht innovative Ansätze sowohl zur Messung, als auch zur Synthese von Lichtwellenfeldern. Eine wesentliche Motivation ist hierbei die Entwicklung robuster und gleichzeitig präziser Methoden zur Wellenfelderfassung, die die Grundlage für industrietaugliche Messsysteme zur dreidimensionalen Form- und Verformungsmessung bilden.
Mikro- bzw. nano-optische Komponenten und Systeme eröffnen aufgrund der Nutzung von Strukturen, die wesentlich kleiner sind als die Wellenlänge des zu beeinflussenden Lichts, Möglichkeiten beim Design optischer Systeme, die mit konventionellen optischen Komponenten wie z.B. Linsensystemen nicht realisierbar sind. Strukturierungsmöglichkeiten in der Größenordnung von 10 bis 100 nm eröffnen neue Anwendungsfelder nicht nur für die Miniaturisierung von optischen Komponenten, sondern auch für neuartige Konzepte der Gestaltung von Wellenfeldern für Aufgaben im Bereich der Messtechnik sowie Sensorik und für Sicherheitsmerkmale bzw. Maßnahmen gegen die Fälschung industrieller Produkte oder für Consumer-Produkte wie z.B. in der Beleuchtungstechnik. Man spricht daher auch von „tailored light“, also „maßgeschneidertem Licht“. Die Kombination dieser Möglichkeiten mit der Kompetenz der Wellenfeldsimulation und dem Design optischer Systeme im Bereich der kohärenten Optik am BIAS ermöglicht über die Berechnung solcher Strukturen hinaus auch die Realisierung entsprechender Systeme.

Forschungsthemen

Graustufen auf einem runden Körper bei einer Asphärenmessung

Gestaltmessung an Asphären und Freiformflächen durch Messung der Kohärenzfunktion


Die Multiple Aperture Shear Interferometrie (MArS) ermöglicht die Formmessung von Asphären und Freiformoptiken. Das Verfahren basiert auf der Kohärenzfunktion und verwendet mehrere unabhängige Lichtquellen, mit denen die Beleuchtung an die Prüflingsoberfläche angepasst werden kann. Es handelt sich um ein flexibles, robustes Messsystem, das im industriellen Umfeld eingesetzt werden kann. Das Bild zeigt eine Messsituation, bei der mehr als hundert Lichtquellen gleichzeitig verwendet werden.

wabenähnliche Mikrostruktur in schwarzweiß

Wellenfeldmessung auf Basis der Kohärenzfunktion


Die Computational Shear Interferometrie (CoSI) ermöglicht die vollständige Bestimmung eines Wellenfeldes auf Basis eines Scher-Interferometers. Damit lassen hochpräziser interferometrischer Verfahren, wie z.B. der digitalen Holografie, der phasenschiebenden Interferometrie oder der quantitativen Phasenkontrastmikroskopie mit denen eines Scher-Interferometers kombinieren. CoSi bietet Messunsicherheiten im Bereich weniger nm, benötigt nur einfache Lichtwuellen wie z.B. aus LEDs und weitgehend unempfindlich gegenüber mechanischen Schwingungen. Die Abbildung zeigt den quantitativen Phasenkontrast eines Zellverbundes.

unregelmäßige kreisförmige Struktur auf einer Oberfläche

Gestaltmessung von Mikroobjekten mittels digitaler Holographie


Die digitale Holografie eignet sich zur 3D-Formerfassung von Mikroobjekten mit Messunsicherheiten im Bereich weniger Mikrometer. Gegenüber anderen Verfahren bietet sie den Vorteil der erweiterten Schärfentiefe und einer kurzen Messzeit von deutlich weniger als 1 Sekunde. Das am BIAS entwickelte System ermöglicht zusätzlich eine Rundummessung der Bauteile. Derzeit wird die digital-holographische Formerfassung für die industrielle Anwendung erprobt. Das Bild zeigt das Zwischenergebnis einer Formmessung, die sog. Konturkarte, die durch die Verwendung von zwei Wellenlängen gewonnen werden kann und in der die Form eines Mikronapfes durch die Verzerrung der Streifen sichtbar wird.

Forschungsthemen

Serviceliste

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