Komplexe Triplett-Linse, hergestellt durch Femtosekunden 3D-Druck auf einer Monomoden-Glasfaser. Hier neben dem Auge einer Fliege.
Universität Stuttgart/4. Physikalisches Institut
Der 3D-Druck hat der Herstellung komplizierter Formen Flügel verliehen. Forschern der Universität Stuttgart gelang es nun, optische Linsen herzustellen, die kaum größer sind als ein menschliches Haar.
Mit additiven Laser-Fertigungsverfahren, bei denen Punkt für Punkt oder Linie für Linie geschrieben wird, lassen sich höchst komplexe Bauteile realisieren. Forschern der Universität Stuttgart ist es jetzt gelungen, auf diese Weise optische Linsen herzustellen, die kaum größer sind als ein menschliches Haar. Sie fokussierten einen Femtosekundenlaser, der eine Pulsdauer von weniger als 100 Femtosekunden besitzt, mithilfe eines Mikroskops in einen flüssigen Fotolack, den sie vorher zum Beispiel auf einem Glasplättchen oder auf einer Glasfaser aufgebracht hatten. Zwei Photonen des roten Laserstrahls mit der Wellenlänge 785 nm werden dabei im Brennpunkt gleichzeitig absorbiert und belichten ihn. Dadurch härtet der Fotolack, wie die Wissenschaftler in "Nature Photonics" berichten.
Der Femtosekundenlaser ist ein faszinierendes Instrument, das Ende des 20. Jahrhunderts entwickelt wurde. Mit ihm kann man Licht in die primäre Elektronen- und Moleküldynamik physikalisch-chemischer Systeme bringen." (Klemens Jesse, Femtosekundenlaser, Seite 258)
Der Laserstrahl kann nach Angaben der Forscher mit einem Scanner oder durch Verfahren des Substrates in alle drei Raumrichtungen die gewünschte Form abfahren, die hergestellt werden soll. Dadurch ließen sich mit einer Submikrometer-Genauigkeit optische Freiformflächen herstellen. Die große Präzision erlaube es, nicht nur kugelförmige Linsen im 3D-Druck herzustellen, sondern auch die idealeren Flächen wie Paraboloide oder Asphären höherer Ordnung. Auch mehrlinsige Objektive für Abbildungen in höchster Qualität würden erstmals möglich.
Timo Gissibl vom 4. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart druckte solche Mikroobjektive auch auf Glasfasern. Damit ließen sich ganz neuartige und kleinste flexible Endoskope verwirklichen, die dazu geeignet seien, auch in kleinsten Körperöffnungen oder in Maschinen Untersuchungen vorzunehmen. Auch druckte Gissibl seine optischen Freiformflächen und seine Miniatur-Mikroskop-Objektive direkt auf CMOS-Chips, die so zu extrem kompakten Sensoren wurden. Mit dieser Technik, so die Stuttgarter Wissenschaftler, könnten Kameras für Drohnen realisiert werden, die nicht viel größer als eine Biene wären, oder auch kleinste Sensoren für selbstfahrende Autos, autonome Roboter oder für Maschinen der Industrie 4.0. Auch kleinste Körpersensoren und Rundum-Kameras für Handys seien vorstellbar.