MIT NANOPRÄZISION AUSGERICHTETER 3D-DRUCK

Zur Fertigung effizienter optischer Verbindungen für die photonische Integration oder für miniaturisierte Optiken können Freiform-Mikrooptiken direkt auf optische Fasern oder photonische Chips gedruckt werden. Dies wird möglich durch die Aligned 2-Photon Lithography (A2PL®), eine Mikrofabrikationslösung von Nanoscribe für den hochauflösendem 3D-Druck mit Ausrichtung in allen Raumrichtungen mit Nanopräzision. Das Unternehmen wurde 2007 als Spin-off des KIT gegründet. Quantum X align, der neue mit A2PL ausgestattete 3D-Drucker, kann die exakte Position definierter Substrate wie Wellenleiter, Faserkerne und deren Ausrichtung auf Facetten von Lichtleitfasern oder photonischen Chips erkennen, die zu druckenden Mikrooptiken optimal platzieren und selbst minimale Substratverkippungen im Druckprozesses automatisch kompensieren. „Quantum X align profitiert von einer Vielzahl von Innovationen, die dem hochpräzisen 3D-Druck ganz neue Anwendungsfelder eröffnen,“ sagt Johannes Lang, verantwortlich für Marketing und Kommunikation bei Nanoscribe. „Ein wesentlicher Baustein ist die Erkennung von Strukturen wie Markern, Referenzpunkten oder auch Wellenleitern, relativ zu denen dann mikrooptische Strukturen additiv gefertigt werden. Das ist anspruchsvoller als man sich das vorstellt und erfordert ein gut abgestimmtes System spezieller Hardware und Software“, so Lang weiter.

Verbindungstechnik mit Free Space Microoptical Coupling

Die präzise Ausrichtung von 3D-gedruckten Objekten ist in vielen Fällen entscheidend. „Gerade bei optischen Verbindungen in photonischen Systemen bringen minimal falsch platzierte oder verkippte Mikrooptiken große Nachteile mit sich. Die Ein- oder Auskopplung von Licht, beispielsweise von einer optischen Faser in einen photonischen Chip erfolgt dann weniger effizient, teilweise mit so hohen Kopplungsverlusten, dass es für die optische Datenverarbeitung keinen Sinn mehr macht“, ergänzt Lang. Mit Quantum X align, dem ersten 3D-Drucker aus der Quantum X Produktlinie des Unternehmens mit den durch A2PL unterstützten automatischen 3D-Ausrichtungs- und Druckfunktionen, wird erstmals ein neuer, vielversprechender Ansatz in der optischen Verbindungstechnik für das Photonics Packaging anwendungsreif: Hochpräzise Mikrooptiken fokussieren oder kollimieren den austretenden Lichtstrahl von optischen Fasern oder photonischen Chips auf die Facette von benachbarten optoelektronischen Komponenten und ermöglichen so eine Lichtkopplung über Distanzen von Mikrometern bis zu wenigen Millimetern. Damit wird ein neues Konzept zur optischen Verbindung unterschiedlicher photonischer Komponenten ermöglicht, das Free Space Microoptical Coupling (FSMOC). Mit FSMOC wird eine robuste und effiziente Lichtkopplung von optoelektronischen Komponenten und Modulen gewährleistet, wie das in photonisch integrierten Schaltungen (PICs) benötigt wird. 3D-gedruckte Mikrooptiken haben hierbei mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen linsenförmigen oder konisch zulaufenden Fasern. Freiform-Mikrooptiken wie Prismen, asphärische und asymmetrische Designs können mit vollständiger Kontrolle der Designparameter hergestellt werden, um das Strahlprofil an nahezu jede Kopplungsaufgabe anzupassen.  

 

Wissenschaftliches Ökosystem und Innovationsplattform

Nanoscribe, heute ein Unternehmen mit mehr als 100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in Karlsruhe, Shanghai und Boston, wurde 2007 unter maßgeblicher Mitwirkung von Prof. Dr. Martin Wegener vom Institut für Angewandte Physik (APH) und Institut für Nanotechnologie (INT) am KIT, gegründet. Trotz der Eigenständigkeit bleibt das Unternehmen weiterhin eng mit dem KIT verbunden, worüber sich Johannes Lang freut: „Das KIT bietet ein starkes wissenschaftliches Ökosystem und ist eine wichtige Innovationsplattform. Über gemeinsame Forschungsprojekte und Technologielizensierungen hat sich dies auch für die Aligned 2-Photon Lithography-Technologie und damit für den neuen Quantum X align ausgezahlt. Außerdem schätzen wir den Zugang zu hochqualifiziertem Personal direkt vor Ort. Wir sind auch sehr froh darüber, hier im ZEISS Innovation Hub am Campus Nord des KIT zu arbeiten, in einer offenen, innovationsförderlichen Atmosphäre, die den Austausch von Ideen sehr gut unterstützt.“

Mit dem neuen Produkt ist das Unternehmen auf Erfolgskurs, die Nachfrage aus Forschung und Industrie ist bemerkenswert stark. Quantum X align wurde 2022 als einziger 3D-Drucker als Finalist der SPIE Prism Awards in der Kategorie „Manufacturing & Test“ ausgezeichnet.