Nanoscribe druckt diffraktive optische Elemente mit Submikrometergenauigkeit

Auf der Photonics West 2019, eine Fachmesse für die Optik- und Photonik-Branche, präsentiert Nanoscribe sogenannte Multilevel Diffractive Optical Elements (DOE), die mit dem hochauflösenden 3D-Drucker Photonic Professional GT2 hergestellt wurden.

Die Herstellung von solchen aus vielen Stufen bestehenden DOE-Mikrostrukturen gewinnt sowohl in der wissenschaftlichen Forschung als auch für industrielle Anwendungen immer mehr an Bedeutung. DOE eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen wie beispielsweise für optische Messsysteme, Materialverarbeitung oder Sicherheitsmuster.

Während die Herstellung von Multilevel-DOE mit herkömmlichen planaren Lithographieverfahren viele Prozessschritte erfordert, bietet der 3D-Drucker Photonic Professional GT2 eine schnelle und hochpräzise Fertigung von funktionalen DOE-Prototypen, welche direkt als Polymer-Master für replizierende Verfahren genutzt werden können. Der additive Druckprozess erzeugt DOE mit submikrometergroßen Reliefstrukturen, die beispielsweise im Spritzgussverfahren auf Formteile in hohen Stückzahlen übertragen werden können.

Mikrofabrikation im 3D-Druck

In diffraktiven optischen Elementen mit ihren mikroskopisch kleinen Strukturen wird einfallendes Licht gebeugt. Mit Laserlicht können aufgrund nahezu beliebig herstellbarer DOE-Mikrostrukturen im Fernfeld die gewünschten Muster projiziert werden. Die 3D-Drucker von Nanoscribe können Multilevel-DOE-Designs mit kleinen Pixeln von einigen hundert Nanometern in einem Druckvorgang herstellen. Bei dem auf der Zwei-Photonen-Polymerisation basierenden 3D-Druck härtet ein fokussierter Laserstrahl einen flüssigen, fotosensitiven Lack nur im absoluten Fokuspunkt aus. Der Laserfokus wird Schicht für Schicht durch den Fotolack geführt. So entsteht ein dreidimensionales Objekt – oder ein DOE-Relief als 2,5D-Mikrostruktur. Nach dem Druck wird unbelichteter Lack in einem Entwicklungsbad entfernt.

Bedienerfreundlicher 3D-Druck-Workflow

Für die technisch anspruchsvolle Herstellung hochauflösender DOE-Mikrostrukturen bieten die 3D-Drucker von Nanoscribe einen durchdachten Workflow. Der Workflow umfasst die Möglichkeit individuelle DOE-Designs zu importieren, ein speziell für DOE entwickeltes Software-Rezept mit angepassten Druck-Parametern sowie eine hochpräzise Steuerung des eigentlichen 3D-Drucks der Mikrostrukturen. Hochauflösende DOE-Designs werden in ähnlicher Weise wie gewöhnliche 3D-Modelle importiert und verarbeitet. Dafür wird zunächst ein Phasenverteilungsbild der DOE mit einer speziellen Software berechnet. Aus der Phasenverteilung wird dann ein Höhenprofil mit der Drucker-Software generiert, wie in Bild 2 zu sehen. Mithilfe des DOE-Software-Rezepts erzeugt der 3D-Drucker das DOE als komplexes Mikroreliefmuster in einem einzigen Druckvorgang.

DOE-Master für die Massenreplikation

3D-gedruckte DOE-Prototypen können direkt zur Strahlformung, Lichthomogenisierung oder Strahlteilung eingesetzt werden. Doch sie eignen sich auch für die Serienfertigung in replizierenden Verfahren. So können DOE als Polymer-Master fungieren, womit Metallformteile hergestellt und für das nachfolgende Spritzgießen, Heißprägen oder für die Nanoimprint-Lithographie verwendet werden.

Der Artikel basiert auf eine Pressemeldung von Nanoscribe