Durchstimmbares optisches Sensorarray (TOSA)

Am INA wird zurzeit das innovative Verbundprojekt TOSA, welches durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird, durchgeführt.

Das Ziel dieses Projektes ist die Erforschung durchstimmbarer optischer Sensor-Arrays mit hoher spektraler Auflösung und weitem Durchstimmungsbereich, sowie die Erforschung und Optimierung der dafür notwendigen Technologien. Das Einsatzgebiet des Sensorarrays liegt zum einen im sichtbaren Spektralbereich (400-700nm) bei Anwendungen wie z.B. hochpräzise Farbdetektion und Farbkontrolle, zum anderen im Bereich 360-1107nm für z.B. hochpräzise Substrat-Temperaturmessung bei Dünnschicht-Depositions-Prozessen. Ein weiteres wesentliches Einsatzgebiet ist die spektroskopische Bestimmung von Biomarkern über die Haut. Die kleine Baugröße ermöglicht die Integration des Sensor-Arrays in von Kunden häufig mitgeführten Produkten (z.B. Handy, MP3-Player) und erlaubt so eine schnelle Überprüfung der eigenen Fitness.

Der optische Sensor wird durch das Aufbringen von durchstimmbaren Fabry-Pérot (FP)-Filter-Arrays auf optische Detektor-Arrays (Fotodiodenzeilen, CMOS-Digitalkamera Module oder CCD-Zeilen/Arrays) realisiert. 
Die entscheidenden Kavitätsdicken der einzelnen FP-Filter werden aus Materialien gebildet, welche durch hochpräzise dreidimensionale Nano-Abformtechnik (3D-Nanoimprint) auf die gewünschte Schichtdicke geformt werden. Die mikrosystemtechnische Strukturierung erfolgt u.a. durch partielles Entfernen des organischen Materials (Opferschichtprozess), sodass eine Luftspalt-Kavität entsteht. Durch Variation der Spannung an korrespondierenden Elektroden, welche sich z.B. auf den Außenseiten der DBR-Spiegel befinden, kann der obere, freistehende DBR-Spiegel elektrostatisch aktuiert werden, wodurch die Kavitätsdicke und damit die Transmissionswellenlänge gezielt mikromechanisch verändert wird.

Die Filter mit verschiedenen Kavitätsdicken, d.h. mit sich spektral ergänzenden Durchstimmbereichen der Transmissionswellenlänge werden zu einem optischen Array zusammengefasst, welches die Aufnahme von optischen Spektren in einem weiten Gesamt-Durchstimmungsbereich mit hoher Auflösung ermöglicht.
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