Fraunhofer IOF auf der W3+

Die CO2M-Mission der ESA soll künftig CO₂-Emissionen weltweit messen. Für die Mission hat das Fraunhofer IOF einen einzigartigen Disperser für das Spektrometer an Bord entwickelt. Dieser ermöglicht hochauflösende, quantitative Messungen von Treibhausgasen in der Erdatmosphäre und liefert somit verlässliche Daten für Klimaschutz und -Monitoring. Ermöglicht werden diese hochpräzisen Messungen durch die im Disperser verbauten optischen Gitter, die am Fraunhofer IOF in Jena hergestellt wurden. Diese haben eine besonders hohe Effizienz von > 90% und einen geringen Polarisationsgrad von < 10%.

Die CO2M-Mission ist Teil des europäischen Copernicus-Programms. Sie ist eine von sechs Erweiterungsmissionen, die entwickelt wurden, um die Erdbeobachtungskapazitäten des Copernicus-Programms zu erweitern. Die Missionsreihe wird von der ESA im Auftrag der Europäischen Union umgesetzt.

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Ein neuer, kompakter Sensor erfasst Vitalparameter ganz ohne Berührung - selbst bei Bewegung oder unter erschwerten Lichtbedingungen. Das Fraunhofer IOF präsentiert den Vitalparameter-Sensor erstmals auf der W3+.

Das System vereint gleich zwei Kerntechnologien in einem kleinen Gerät: Eine Multispektralkamera bestehend aus einem monolithischen asphärischen Meniskus-Mikrolinsenarray aus Glas, welches neun spektrale Kanäle gleichzeitig erfasst. Ergänzt wird diese komplexe Kamera durch einen Echtzeit-3D-Sensor, der Kopfbewegungen erfasst und somit eine robuste Messung auch dann ermöglicht, wenn die Person sich bewegt.

Der Vitalsensor entstand im Forschungsbündnis »Advanced Multimodal Imaging« (AMI).

Weltraumtaugliche verschränkte Photonenpaarquelle 

Optomechanischer kompakter Prototyp einer Quelle für verschränkte Photonenpaare mit Doppelstrahl-Verschiebungsvorrichtung zur Verteilung von Verschränkungen von einem Satelliten in einer niedrigen Umlaufbahn (Low Earth Orbit; LEO). Der aktuelle Prototyp war Teil eines Weltraumqualifizierungsverfahren und wurde dort Vibrations- und TeVAC-Tests unterzogen. Im Test erreichte er im Rahmen des EU-Projekts QUDICE den Reifegrad TRL 5.

Modell der optischen Bodenstation Jena

Platziert auf dem Neubau des Fraunhofer IOF ermöglicht die optische Bodenstation (Optical Ground Station; OGS) Forschung im Bereich der Laser- und Quantenkommunikation. Damit sollen bisherige Erkenntnisse aus der terrestrischen Quantenkommunikationsforschung für Anwendungen im Weltraum weiterentwickelt werden. Das eingebaute Spiegelteleskop hat einen Durchmesser von 80 cm und ist für den Bereich von 810 nm bis 1550 nm optimiert. Mit der optischen Bodenstation können optische Links zu Satelliten aufgebaut werden.

Quantentechnologien am Fraunhofer IOF 

Wafer-Level-Optik im 300-mm-Format

Die 300-mm-Wafer-Demo zeigt die hochpräzise Herstellung optischer Strukturen mittels Grayscale-Photolithographie und anschließender Polymer-on-Glass-Replikation. Durch die parallele Fertigung auf Wafer-Ebene lassen sich komplexe optische Module und Baugruppen besonders effizient und kostengünstig herstellen.

Der schnelle UV-Härtungsprozess ermöglicht kurze Zykluszeiten. Gleichzeitig erlaubt die Technologie großflächige Display-Anordnungen mit Diagonalen von bis zu etwa 10 Zoll.

Großformatiges dielektrisches Beugungsgitter

Das SBC-Gitter ist ein hochpräzises dielektrisches Beugungsgitter aus Quarzglas für Anwendungen in Reflexion oder Transmission. Mit einer möglichen Beugungseffizienz von über 99 % eignet es sich besonders für anspruchsvolle optische Systeme bei einer typischen Betriebswellenlänge von etwa 1 µm.

Neben binären Gitterprofilen sind kundenspezifische Profile, Materialien und Wellenlängen realisierbar. Substratgrößen von bis zu 292 × 150 mm² beziehungsweise 230 × 230 mm² ermöglichen auch großformatige Anwendungen. Auf Wunsch können die Gitter zudem mit besonders geringem Wellenfrontfehler ausgeführt werden.

Mehr zu mikro- und nanostrukturierten Optiken

Mitmachexponat Spektrale Kombination

Das Mitmachexponat veranschaulicht die spektrale Kombination mehrerer Laserstrahlen mithilfe eines Beugungsgitters. Die einzelnen Laser besitzen unterschiedliche Wellenlängen, die durch verschiedene Farben dargestellt werden. Durch die korrekte Ausrichtung am Gitter werden die Strahlen zu einem gemeinsamen Strahl kombiniert.

Das Exponat macht die Beugungseigenschaften optischer Gitter unmittelbar erfahrbar und zeigt, wie Gitter sowohl in Transmission als auch in Reflexion eingesetzt werden können.

Preformen und strukturierte Glasstäbe

Das Exponat zeigt Preformen und Glasstäbe mit unterschiedlichen Strukturen, die durch verschiedene Herstellungsverfahren gefertigt wurden. Die ausgestellten Beispiele veranschaulichen die Vielfalt realisierbarer Vorformen und Herstellungsprozesse, darunter MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition).

Sie bilden wichtige Ausgangselemente für die Herstellung spezialisierter optischer Fasern.

Laser- und Fasertechnologie am Fraunhofer IOF

Große laserstrahlgelötete N-LaK9 Linse

Im Rahmen eines von der ESA geförderten Projekts wurde eine laserbasierte Löttechnologie für das spannungsarme Kleben von großen Linsen (>100 mm Durchmesser) in Halterungen untersucht. Ziel des Projekts war es, die Grenzen herkömmlicher Klemm- und Klebetechniken in Bezug auf Belastung und Langzeitstabilität in harschen Umgebungen überwinden, indem ein anorganisch-metallisches Bindemittel und eine lokalisierte, laserbasierte Löttechnik mit minimaler Auswirkung, das sogenannte Solderjet Bumping (SJB), eingesetzt werden.

Opto-mechatronische Komponenten und Systeme

Freiform-Spiegel

Ultrapräzise Freiform-Spiegel maßgeschneidert für Anwendungen in Forschung und Industrie. Einzigartig am Fraunhofer IOF ist die geschlossene Fertigungskette für die Entwicklung ultrapräziser Metalloptiken für spektrale Breitbandanwendungen auf Komponenten- und Systemebene im Bereich IR-NIR-VIS-UV-EUV. Optische Freiformen werden in Spiegelteleskopen und Spektrometersystemen eingesetzt. Für den Einsatz auf der Internationalen Raumstation ISS wurde beispielsweise das DLR-Instrument DESIS (Earth Sensing Imaging Spectrometer) entwickelt, das auf einem athermischen, freiform-basierten Drei-Spiegel-Anastigmat (TMA)-Teleskop und -Spektrometer basiert.

Präzisionsoptische Komponenten und Systeme am Fraunhofer IOF