Forschung und Innovation. Optische Technologien aus niedersächsischen Hochschulen. Innovationen für die Wirtschaft

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1 Forschung und Innovation Optische Technologien aus niedersächsischen Hochschulen Innovationen für die Wirtschaft

2 VORWORT INHALT Vorwort Inhalt Die optischen Technologien sind als Schlüsseltechnologie ein wichtiger Motor für Innovation und Wachstum. Die Nutzung von Licht als Träger von Informationen sowie zur Inspektion und Bearbeitung von Materie eröffnet zahlreichen Branchen neue Möglichkeiten, zum Beispiel in der Kommunikationstechnik, der Produktionstechik oder der Medizin. Die wirtschaftliche Bedeutung der optischen Technologien ist daher immens. Diese Publikation stellt 17 anwendungsorientierte Forschungsprojekte aus niedersächsischen Hochschulen auf dem Gebiet der optischen Technologien vor. Viele davon sind in Zusammenarbeit mit Unternehmen durchgeführt worden. Das Themenspektrum reicht von optischen Systemen und neuartigen Materialien über optische Messtechnik und Sensorik bis zur angewandten Lasertechnik. Anwendung finden die neuartigen Verfahren unter anderem in der Qualtitäts- und Prozesskontrolle, in der Sicherheitstechnik, der Fertigungstechnik und der Mikrochirurgie. Neben den Forschungsprojekten aus den Hochschulen bietet das Heft eine Übersicht über weitere Forschungseinrichtungen und Netzwerke in Niedersachsen, die sich mit optischen Technologien befassen. Leitziel der Landesregierung bei der Förderung anwendungsorientierter Forschungsprojekte ist die nachhaltige Verbesserung und der Ausbau innovativer Strukturen im Land, insbesondere derjenigen von Kleinund Mittelbetrieben (KMU) als Hauptanbieter von neuen Arbeits- und Ausbildungsplätzen. Hauptziele sind dabei: eine intensivere Zusammenarbeit von Hochschulen und Unternehmen effektivere Rahmenbedingungen innerhalb der Hochschulen der Ausbau von Netzwerk-Strukturen beim Innovationstransfer eine Harmonisierung der Förderpolitik und konsequente Öffentlichkeitsarbeit über erfolgreiche Projekte. Die Erforschung und Entwicklung innovativer Produkte und Produktionsverfahren ist eine Grundvoraussetzung für unternehmerischen Erfolg. Viele Unternehmen kooperieren daher mit Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen. Die Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern ist besonders für kleine und mittlere Unternehmen wichtig, die selbst keine Forschungsabteilung haben. Mit einem flächendeckenden Netz von Transfereinrichtungen unterstützt das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur daher den Technologietransfer aus den Hochschulen in die Wirtschaft. Die 19 Technologietransferstellen der niedersächsischen Hochschulen beraten Unter- nehmen über Möglichkeiten, das Wissen der Hochschulen für eigene Innovationen zu nutzen. Bei der Suche nach dem passenden Experten kooperieren alle Transferstellen in der Arbeitsgemeinschaft der niedersächsischen Hochschul-Technologietransferstellen. Dank dieser Vernetzung kann jede Transferstelle wissenschaftliche Kompetenz aus ganz Niedersachsen anbieten. Niedersachsen ist in den Zukunftstechnologien hervorragend aufgestellt. Bitte nutzen Sie das Wissen der Hochschulen und Forschungseinrichtungen für den Innovationsprozess in Ihrem Unternehmen. Die Broschüre bietet Ihnen die Gelegenheit, Kontakte mit geeigneten Partnern aufzunehmen oder Kooperationen auszubauen. Lutz Stratmann Niedersächsischer Minister für Wissenschaft und Kultur > OPTISCHE SYSTEME UND MATERIALIEN > OPTISCHE MESSTECHNIK UND SENSORIK > ANGEWANDTE LASERTECHNIK > Interview 4 > Kompetenzen und Netzwerke Wissenstransfer in den optischen Technologien 6 > Neuartiger Strahlteiler mit diffraktiv optischem Element aus BK7-Glas 10 > Beleuchtungen und Displays aus organischen Materialien 12 > Eine Million Bilder pro Sekunde mit der Ultrahochgeschwindigkeitskamera HyperVision 14 > Sehen auf der Nanoskala: Optische Spitzenforschung im doppelten Sinn 16 > Terahertztechnologie trifft Industrie neue Möglichkeiten der Qualitätskontrolle 18 > Autoscan Sensor erkennt den Reifegrad 20 > Optische Qualitätskontrolle in der Fertigung 22 > Dynamisch-optische 3D-Messverfahren für die Fahrzeugsicherheit 24 > Mehr Sicherheit im Straßenverkehr mit kamerabasierten Fahrerassistenzsystemen 26 > Sensoren für die Bauwerksüberwachung 28 > Optische Bioprozessmesstechnik: In-situ-Mikroskopie und 2D- Fluoreszenzspektroskopie 30 > Optische Qualitätskontrolle von Implantatoberflächen 32 > Photonische Sensoren für Sicherheitstechnik und Prozesskontrolle 34 > Mit Laserstrahlung zu innovativen Materialien 36 > Mikrobearbeitung von Metallen mit Kurzpulslasern: hochpräzise bohren, trennen und strukturieren 38 > Ultrakurzpuls-Oberflächenstrukturierung: der Schlüssel zur schnellen, flexiblen Herstellung komplexer Texturen 40 > Sehendes Skalpell OCT-kontrollierte Mikrochirurgie mit ultrakurzen Laserpulsen 42 > Kontaktadressen 44 > Impressum 47

3 INTERVIEW Interview > Wissenschaft und Wirtschaft: Kooperieren lohnt sich Die Micreon GmbH hat 2006 gemeinsam mit dem Laser Zentrum Hannover (LZH) den Kooperationspreis des Landes Niedersachsen erhalten. Der Preis prämiert die gelungene Zusammenarbeit von Unternehmen und Forschungseinrichtungen. Micreon ist weltweit der einzige Auftragsfertiger und Technologieberater für die Mikrobearbeitung mit Ultrakurzpulslasern. Die Bearbeitungsqualität beim Einsatz von Ultrakurzpulslasern ist deutlich höher als bei der herkömmlichen Lasertechnik. Micreon wurde im November 2003 als Spin-off des Laser Zentrums Hannover e.v. gegründet und beschäftigt derzeit fünf Mitarbeiter. Einer der beiden Gründer ist Dr. Günter Kamlage. Herr Dr. Kamlage, wie sieht Ihre Zusammenarbeit mit dem LZH aus? Micreon ist ein Ausgründung aus dem Laser Zentrum Hannover. Auch nach unserem Umzug in den SIAG-Technologiepark im Jahr 2005, sozusagen auf die andere Straßenseite, besteht eine enge Zusammenarbeit. Das LZH arbeitet eher an wissenschaftlichen Problemstellungen und ist für eine Fertigung in größeren Stückzahlen nicht ausgelegt. Wir fungieren daher als industrieller Partner und übernehmen in Absprache die Serienproduktion. Im Gegenzug verweisen wir bei wissenschaftlichen Problemstellungen an das LZH. In Zukunft ist ein Zusammenwirken bei gemeinsamen Forschungsprojekten sowie bei Messeauftritten geplant. Wie profitiert Ihr Unternehmen von der Zusammenarbeit? Das LZH hat uns in unserer Startphase insbesondere dadurch unterstützt, dass uns dort Büro- und Laborräume zur Verfügung gestellt wurden. Dadurch hatten wir Zugang zu den für uns relevanten Laseranlagen und konnten uns in die Infrastruktur integrieren. Hohe Investitionskosten ließen sich somit auf einen späteren Zeitpunkt verschieben. Obwohl wir heute unsere eigenen Anlagen betreiben, gibt es von Zeit zu Zeit Bedarf an spezieller Mess- und Analysetechnik, die wir selbst nicht haben. Am LZH gibt es die Möglichkeit, kurzfristig und das ist oft entscheidend bei Kundenanfragen auf diese besonderen Instrumente zuzugreifen. Können Sie Beispiele nennen? Für unsere Mikrobauteile benötigen wir häufig Analysen mit einem Rasterelektronenmikroskop. Das LZH nutzt das Elektronenmikroskop natürlich in erster Linie für die eigenen Forschungsaufgaben, gibt aber zusätzlich auch externen Firmen und Instituten die Möglichkeit, dieses zu nutzen. Zudem stellt das LZH Optiken für unsere Laseranlagen her. Die wissenschaftlichen Mitarbeiter berechnen die speziellen Optiken zunächst nach unseren Vorgaben, bevor sie dann in ihren modernen Beschichtungsanlagen gefertigt werden. Die Zusammenarbeit beinhaltet aber auch, dass wir beispielsweise Präzisionsteile für das LZH herstellen, die von den Wissenschaftlern für ihre Forschungsaktivitäten benötigt werden. Die Nutzung der Infrastruktur schließt einen engen Kontakt zu den Wissenschaftlern ein. Ergeben sich daraus weitere Vorteile? Wir profitieren sehr vom ständigen Gedankenaustausch mit dem LZH, so dass wir immer auf dem aktuellen Stand von Forschung und Entwicklung in unserem Laserbereich sind. Durch den intensiven Kontakt zu einer Forschungseinrichtung ist es auch viel leichter, hochqualifizierte Mitarbeiter zu finden. Wir selbst haben jüngst einen Laserspezialisten vom LZH übernommen. Sie kennen die Hochschulforschung auch von innen. Wie beurteilen Sie die Möglichkeiten für Unternehmen, an niedersächsischen Hochschulen geeignete Kooperationspartner in den optischen Technologien zu finden? Möglichkeiten der Zusammenarbeit gibt es viele. Bilaterale Kooperationen mit der Industrie sind von den Forschungsinstituten immer erwünscht. Hierbei kommt es in der Regel schneller zu konkreten Ergebnissen, als es in langjährigen öffentlichen Forschungsprojekten der Fall ist. Besteht eine Idee zu einem Forschungsprojekt, so lässt sich anhand des Themengebiets die entsprechende Hochschuleinrichtung leicht zuordnen. Dabei helfen auch die Technologietransferstellen der Hochschulen. Die Ratsuchenden aus der Industrie sollten keine Scheu haben, den Kontakt zu suchen. Schon häufig waren vermeintlich kleine Machbarkeitsstudien oder Forschungsprojekte, an denen Hochschule und Industrie gemeinsam arbeiteten, der Start für die Gründung eines neuen Unternehmens. Wie schätzen Sie die Zukunftsaussichten der optischen Technologien ein? Die steigenden Mitarbeiterzahlen in den Unternehmen und Instituten im Bereich der optischen Technologien, aber auch die große Zahl der Neugründungen innerhalb der letzten Jahre zeigen eindeutig den kontinuierlichen Aufwärtstrend. Hannover ist längst als Laser-City bekannt und geht beispielhaft voran. Niedersachsen zählt im Bereich der optischen Technologien seit langem zu den führenden Regionen, auch auf internationaler Ebene.

4 KOMPETENZEN UND NETZWERKE Kompetenzen und Netzwerke > Wissenstransfer in den optischen Technologien Der Transfer von Forschungs- und Entwicklungsergebnissen aus Forschungseinrichtungen in die Wirtschaft spielt für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen eine wichtige Rolle. Neben den Universitäten und Fachhochschulen gibt es in Niedersachsen eine Reihe weiterer Einrichtungen, die auf dem Gebiet der optischen Technologien Forschung und Entwicklung betreiben und das Fachwissen aus Wissenschaft und Wirtschaft vernetzen. Die folgenden Institutionen bieten Unternehmen vielfältige Dienstleistungen und Kooperationsmöglichkeiten an. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt bildgebende Messverfahren für Anwendungen in der Aerodynamik und wendet sie als mobile Systeme in großen internationalen Projekten an. Im Vordergrund stehen optische und akustische Feldmessverfahren zur Erfassung strömungsmechanischer und aeroakustischer Größen. Quantitativ messbare Größen sind Druck, Geschwindigkeit, Temperatur, die Lage von Transitionslinien, Dichte und Schalldruck zusammen mit der Deformation und räumlichen Lage des untersuchten Modells, beispielsweise in einem Windkanal. Alle physikalischen Größen werden berührungslos erfasst, so dass die untersuchte Strömung durch die Messung nicht beeinflusst wird. Die entwickelten Messmethoden sind daher besonders für die aerodynamische und aeroakustische Analyse komplexer, instationärer und dreidimensionaler Strömungen geeignet. Die gewonnenen Felddaten liefern eine zuverlässige Grundlage für die Validierung numerischer Verfahren. Druck-, Geschwindigkeits- und Wirbelstärkeverteilung über einem Delta-Flügel mit runder Vorderkante für = 13,3, Ma = 0,4 und Re = 3 Mio, bestimmt mit modernen bildgebenden Messverfahren Hannoversches Zentrum für Optische Technologien Das Hannoversche Zentrum für Optische Technologien (HOT) ist eine Forschungseinrichtung der Leibniz Universität Hannover. Die Fakultäten Maschinenbau, Mathematik und Physik, Elektrotechnik und Informatik haben sich mit dem Laser Zentrum Hannover und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) zusammengeschlossen, um das in den einzelnen Fachgebieten vorhandene Wissen zu bündeln und für Forschung, Lehre und Wissenstransfer auf dem Gebiet der optischen Technologien zu nutzen. Das HOT bereitet mit seinen derzeit 21 Mitgliedern die Beantragung mehrerer interdisziplinärer Großforschungsprojekte vor. Parallel zu den Forschungsaktivitäten, die über das Zentrum gesteuert werden, wird ein gemeinsamer Masterstudiengang Optische Technologien an der Leibniz Universität Hannover eingerichtet. Dieser Studiengang hat das Ziel, Fachund Führungskräfte für die optische Industrie auszubilden. Hochpräzise gefräster Stufenspiegel als Kernkomponente für ein Mini-Fourier- Spektrometer. Kantenlänge 5 mm. Anfertigung Kugler GmbH. Fraunhofer-Institut für Schichtund Oberflächentechnik Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST bündelt als industrienahes FuE-Dienstleistungszentrum Kompetenzen auf den Gebieten Schichtherstellung, Schichtanwendung, Schichtcharakterisierung und Oberflächenanalyse. Im Bereich der optischen Technologien konzentrieren sich die Arbeiten insbesondere auf die Entwicklung von Schichtsystemen und Beschichtungsprozessen und deren Charakterisierung für folgende Anwendungen: > Fein- und Präzisionsoptik, zum Beispiel Rugatefilter, Zusatzfunktionen (hart, kratzfest, selbstreinigend), Kunststoffbeschichtung > Selbstreinigende photokatalytische Schichten, Diffussionsbarrieren > Polymerbeschichtung: Optische Schichten, Kratz- und UV-Schutz Zu den wichtigsten Kunden gehören unter anderem Unternehmen der optischen Industrie, der Glas-, Photovoltaik- und Automobilindustrie, der Energie- und Bauwirtschaft, der Telekommunikation, Hersteller von Displays und Datenspeichern sowie Anlagenhersteller und Lohnbeschichter. Die vertikale Inline-Sputteranlage des Fraunhofer IST zur großflächigen Beschichtung von Glas. Laser-Laboratorium Göttingen e.v. Das Laser-Laboratorium Göttingen (LLG) beschäftigt sich mit der anwendungsorientierten Grundlagenforschung in den Bereichen Laserentwicklung, Lasermesstechnik, Oberflächentechnologie, Materialbearbeitung und Kurzpulslaser. Die Forschungsvorhaben werden frei gewählt oder im Rahmen von Drittmittelprojekten und Industrieaufträgen durchgeführt. Die Kernkompetenzen liegen in den Themenfeldern Ultrakurzpulsphotonik, photonische Sensorik, Nanostrukturen und kurze Wellenlängen. Das LLG versteht sich als Mittler zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Es schafft Synergien zwischen Universität, Max- Planck-Instituten und den regionalen, vorwiegend feinmechanisch-optischen Betrieben und sorgt somit für den Transfer wissenschaftlicher Erkenntnisse in die Industrie. Kooperationspartner sind Universitäten, Forschungseinrichtungen und Industriefirmen im In- und Ausland. > Architekturglas, Fahrzeugglas (heizbar, vergütet, selbstreinigend, Polycarbonat) > Displays, zum Beispiel neue Materialien, Strukturierungs- und Metallisierungstechnologien zur Substitution von ITO- Schichtsystemen in Flachbildschirmen > Photovoltaik und Photothermie, zum Beispiel kostengünstige transparente leitfähige Schichten (TCO)

5 KOMPETENZEN UND NETZWERKE Kompetenzen und Netzwerke > Wissenstransfer in den optischen Technologien Laser Zentrum Hannover e.v. Das Laser Zentrum Hannover e.v. (LZH) führt seit 1986 kundennahe Forschung, Entwicklung und Beratung in allen Bereichen der Lasertechnologie durch. Nicht zuletzt dank der interdisziplinären Zusammenarbeit seiner rund 210 Mitarbeiter und der Nähe zur Industrie nimmt das LZH im In- und Ausland eine führende Position unter den Laserforschungszentren ein. Die Kernkompetenzen des LZH liegen in der kundenspezifischen Lösung praxisorientierter Aufgabenstellungen, in der technischen, wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Beratung und in der industrienahen Ausbildung von Laserfachkräften. Neben den Arbeitsschwerpunkten Laserentwicklung, Laserkomponenten, Laserprozesse und Lasersystemtechnik sowie Lasermaterialbearbeitung gehören Laseranwendungen in der Nanotechnologie und den Lebenswissenschaften zu den besonderen Forschungsfeldern, die das LZH auszeichnen. Eine wichtige Rolle spielt auch der Transfer von Forschungsergebnissen in die Industrie, vor allem in kleine und mittlere Unternehmen. Mit einem so genannten Femtosekunden- PhotonicNet Kompetenznetz Optische Technologien PhotonicNet ist eines von neun regionalen Kompetenznetzen auf dem Gebiet der optischen Technologien in Deutschland. Seit 2001 fördert PhotonicNet die optischen und photonischen Technologien in Niedersachsen. Die wichtigsten Instrumente sind die Beratung zu Fördermöglichkeiten, die Koordinierung von Forschungsaktivitäten und Transfermaßnahmen für Produktinnovationen, die Beratung bei Unternehmensgründungen und Patentfragen, die Erfassung und Verbesserung der Aus- und Weiterbildungslandschaft sowie eine flankierende Kommunikations- und Öffentlichkeitsarbeit. Eine Stärke des PhotonicNet ist seine interdisziplinäre Zusammensetzung. Im Kompetenznetz ist eine Partnerschaft von weltweit renommierten Herstellern und Anwendern optischer Technologien, Forschungs- und Bildungsinstitutionen, Einrichtungen des Technologietransfers und der Wirtschaftsförderung, Kapitalgebern und Körperschaften des öffentlichen Rechts gelungen. Die PhotonicNet GmbH mit Sitz in Hannover wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und vom Land Niedersachsen gefördert. laser ist die Mikrobearbeitung von nahezu allen Materialien mit höchster Präzision möglich. Stubenfliege mit Designer-Brillengestell (Micreon GmbH). Ermöglicht hat die Präzisionsarbeit ein Laser, mit dessen ultrakurzen Pulsen Materialien ohne Zerstörung bearbeitet werden können. Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie Eine der größten wissenschaftlichen Herausforderungen ist das Verständnis der Lebensvorgänge auf elementarem Niveau, also in der Zelle. Dafür werden nicht-invasive optische Mikroskopieverfahren benötigt, die diese Prozesse räumlich und zeitlich möglichst exakt abbilden können. In der Abteilung NanoBiophotonik des Göttinger Max- Planck-Instituts für Biophysikalische Chemie der biomedizinischen Forschung eingesetzt. Dazu arbeiten die Wissenschaftler eng mit der Universität Göttingen und anderen Einrichtungen zusammen. Die hochauflösenden Mikroskope stehen einschließlich fachlicher Unterstützung auch Forschern auswärtiger Institutionen zur Verfügung. Physikalisch-Technische Bundesanstalt Mit welcher Farbe, Leistung oder räumlichen Verteilung strahlt eine Leuchtdiode? Wie glatt ist ein Spiegel? Aber auch: Wie spät ist es? Und wie schwer ist ein Kilogramm? Mit diesen und vielen weiteren Fragen, die mit Hilfe neuer optischer Methoden besser und genauer beantwortet werden können, beschäftigt sich die Abteilung Optik an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig. Die PTB führt genaueste Messungen und Kalibrierungen durch, arbeitet an neuen Normen mit und berät Unternehmen und Anwender. Und sollten die heutigen Messmöglichkeiten nicht ausreichen, werden neue Messtechniken und -aufbauten entwickelt. Ein Beispiel ist das Roboter-Gonioreflektometer, das für die Papier-, Textil-, Zucker- und Kameraindustrie die wichtige Frage beantworten kann: Wie weiß ist Weiß? Gonioreflektometer zur Kalibrierung von Weißstandards. arbeiten Physiker, Biologen, Chemiker und Ingenieure an der Erforschung neuer ultrahochauflösender Mikroskopieverfahren wie der 4Pi- und der STED-Mikroskopie. Sie erreichen Detailschärfen, die weit unterhalb der bisher als Grenze betrachteten Lichtwellenlänge liegen. Die neuen Verfahren werden am Institut auch erprobt und in Kernaufgaben sind die Bereitstellung moderner Messtechnik sowie die messtechnische Unterstützung der Industrie. Dementsprechend kooperiert die PTB mit zahlreichen Unternehmen, aber auch weltweit mit anderen nationalen metrologischen Instituten, Universitäten und Forschungseinrichtungen.

6 OPTISCHE SYSTEME UND MATERIALIEN Strahlteiler mit diffraktiv optischem Element aus BK7-Glas Die Fachhochschule Oldenburg/Ostfriesland/Wilhelmshaven hat einen optischen Strahlteiler für Laser entwickelt, der auf einem diffraktiven optischen Element, kurz DOE, basiert. Das DOE wird im Inneren eines optischen Glases erzeugt. Aufgrund seiner Transparenz eignet sich der Strahlteiler hervorragend für die permanente Überwachung des Laserstrahls in Hochleistungslasern (Laser-Monitoring). Das Projekt wurde gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE). Die Herstellung der DOEs im Glasinneren basiert auf dem thermischen Ionenaustausch. Bisher waren dafür teure Spezialgläser notwendig, so genannte Brechzahlgradientengläser. Die Arbeitsgruppe der Fachhochschule hat die Technologie erfolgreich auf das preiswerte Bor-Kronglas (BK7) übertragen. Die Wissenschaftler versehen dazu ein BK7-Glas mit einer Dünnschichtmaske aus Titan oder Chrom und geben es für einige Minuten in eine Schmelze aus Silbernitrat und Natriumnitrat. An Stellen, wo die Maskierung durchlässig ist, werden Kationen des Glases gegen die Silberionen der Salzschmelze ausgetauscht. Dabei wird der Brechungsindex lokal angehoben, und im Glas entsteht ein Brechzahlgradient. Brechzahlgradientengläser sind an den thermischen Ionenaustausch in besonderer Weise angepasst, so dass keine mechanischen Spannungen entstehen. Gleichzeitig ist der Reintransmissionsgrad dieser Spezialgläser, also das Verhältnis der austretenden zur eintretenden Lichtintensität, sehr hoch. Das handelsübliche n-bk7-glas hat einen ähnlich hohen Gehalt an Natrium- und Kaliumionen und ist auch im Hinblick auf den Reintransmissionsgrad mit den Brechzahlgradientengläsern vergleichbar. Die von diffundierten Silberionen ausgelösten mechanischen Spannungen lassen sich im BK7-Glas durch einen langsamen Diffusionsprozess beherrschen. Glaslinsen aus BK7 werden in der Laseroptik standardmäßig eingesetzt. Numerische Simulation des Diffusionsprofils unter einer Maskenöffnung von 5 µm in BK7-Glas Die n-bk7-glasscheiben für die Herstellung winkel weitgehend unempfindlich. Der Das Ziel der Arbeitsgruppe an der Fach- der DOEs sind 2,5 mm dick. Der Durchmes- Strahlteilungsgrad ist ein eingeprägter Para- hochschule Oldenburg/Ostfriesland/Wil- ser ist an die Prozesstechnik in der Halb- meter des im Glas befindlichen DOEs und helmshaven ist, gemeinsam mit Partnern aus leiterindustrie angepasst. Im Labor für bleibt durch Verschmutzungen der Ober- der Industrie innovative technische Anwen- Mikrofertigung wird das Glas mit Hilfe fläche (Adsorbate) unbeeinflusst. dungen für diese neuartigen DOEs aus Glas mikrolithografischer Prozesse beschichtet zu entwickeln. Auch Anwendungen auf dem und strukturiert. Anschließend wird der Gebiet der Lichttechnik und im optischen Prinzip des thermischen Ionenaustausches in Glas thermische Ionenaustausch in einem Ofen bei 360 Grad Celsius durchgeführt. Mit Gerätebau sind denkbar. > Fachhochschule Oldenburg/ Ostfriesland/Wilhelmshaven Labor für Technische Optik und Mikrofertigung Friedrich-Paffrath-Straße Wilhelmshaven Holografische Laserwerkzeuge (Diffraktive Optische Elemente in Glas), Dünnschicht-Technologie > Kooperationspartner n.transfer-institut für Innovations- Transfer Wilhelmshaven, ILO Institut für Lasertechnik Ostfriesland Entwurf des DOE in Glas Infolge der Diffusion von Silberionen entsteht im Inneren des Glases ein binäres Abbild der Maskenöffnungen. Die Brechzahl ist an diesen Stellen erhöht. Das DOE erhält eine binäre Phasenstruktur oder ein Phasengitter, dessen optische Funktion durch die Struktur der Maske vorgegeben ist. Durch geeignete Pixelung der Maskenstruktur lassen sich auch Phasenverlaufselemente und sogar Mikrolinsen herstellen. Die Struktur der Maske und damit die optische Funktion des DOE wird am Computer bestimmt. einem fünfprozentigen Anteil an Silberionen in der Salzschmelze erzielen die Forscher in BK7-Glas eine Brechzahldifferenz von 0,10. Unempfindlicher Strahlteiler für den Nd:YAG-Laser Auf der Grundlage dieser Technologie hat die Arbeitsgruppe einen patentierten Strahlteiler entwickelt (DE-Patent ). Das DOE ist für Anwendungen im Nd:YAG- Laser mit hohen Leistungen konzipiert und wird zusammen mit einem Strahlanalysesystem im Laser eingesetzt. Der Strahlteiler ist gegenüber Abweichungen im Montage- Aufbau und Wirkungsweise des Strahlteilers Strahlteilungsgrad I 1 / I 0 gemessen über einer Fläche von 10 mm x 10 mm des DOE Prof. Dr. Christoph Thoma Helmut Schütte Tel.: Fax:

7 OPTISCHE SYSTEME UND MATERIALIEN Beleuchtungen und Displays aus organischen Materialien Leicht, flexibel und energiesparend sollen sie sein und aus jedem Betrachtungswinkel einen brillanten Farbeindruck liefern: An Displays für Anwendungen in der modernen Kommunikationstechnologie, im Automobil und im Multimediabereich werden hohe Anforderungen gestellt. Während die Kathodenstrahlröhren allmählich durch Flüssigkristall-Anzeigen (LCD) abgelöst werden, steht bereits die nächste Display- Technologie kurz vor ihrer Markteinführung: organische Leuchtdioden, kurz OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes). Das Institut für Hochfrequenztechnik der Technischen Universität Braunschweig ist eines der führenden universitären Forschungsinstitute im Bereich der OLED- Forschung und -Entwicklung. kann also bequem direkt auf die jeweilige Treiberelektronik platziert werden. Die auf diese Weise hergestellten aktiven Bildpunkte (Pixel) sind zu mehr als 70 Prozent transparent. Neue Anwendungen Neben Displays können aus OLEDs auch Beleuchtungselemente hergestellt werden. So entstehen Produkte für Anwendungsgebiete, die mit den bisherigen Display- und Beleuchtungstechnologien nicht erschlos- OLEDs bestehen aus nanometerdicken sen werden können, zum Beispiel vollkom- Schichten organischer Halbleiter und orga- men transparente Be-leuchtungen, Anzei- nischer Farbstoffe, die zwischen zwei elek- gen und Displays für Werbemaßnahmen trischen Kontakten eingebettet sind und je oder in Fahrzeugscheiben. >Technische Universität Braunschweig Institut für Hochfrequenztechnik Abteilung Hochfrequenztechnik & Photonik Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kowalsky Schleinitzstraße Braunschweig Organische Leuchtdioden, Organische Elektronik, Fluoridglas- Faserlaser, Sensorsysteme > Patente 15 Patente in den Bereichen neue organische Materialien, Prozesstechnik und Displaytechnologie > Kooperationspartner Aixtron AG, Applied Materials GmbH, BASF AG, LPKF Lasers & Electronics AG, Optrex Europe GmbH, Osram Opto Semiconductors, Volkswagen AG und weitere > Preise und Auszeichnungen Leibnizpreis 2002 (Prof. Wolfgang Kowalsky) Dr. Hans-Hermann Johannes Dr. Thomas Riedl Tel.: , Fax: Mail: Web: nach ihrer chemischen Struktur Licht in allen sichtbaren Farben erzeugen können. Wenn Strom durch das Bauelement fließt, geben die elektrischen Ladungsträger ihre Energie an die organischen Moleküle ab, die diese in Licht umwandeln. OLEDs sind energiesparender als LCDs und deshalb besonders für mobile Anwendungen geeignet. Dank ihrer guten Farbsättigung und des großen Betrachtungswinkels sind sie auch besonders ergonomisch. Vorteil Transparenz Die organischen Farbstoffe lassen sich großflächig auf leichte und flexible Träger, beispielsweise Kunststofffolien, aufbringen. Ein wesentlicher Vorteil der organischen Schichten in OLEDs ist ihre Transparenz im sichtbaren Spektralbereich. Werden für die Kontakte zur Stromzufuhr keine Metallschichten, sondern transparente leitfähige Metalloxide wie Indium-Zinn-Oxid oder Zinkoxid verwendet, dann können auch völlig transparente OLEDs hergestellt werden. Lumineszente Farbstoffe OLED-Display Wie bei herkömmlichen Flüssigkristalldisplays müssen auch in OLED-Displays die einzelnen Bildpunkte mit einer Treiberelektronik aus Dünnschichttransistoren, kurz TFT für Thin Film Transistor, angesteuert werden. Die Vorteile dieser so genannten Aktiv- Matrix-Displays liegen in der hervorragenden Graustufendarstellung, dem geringen Stromverbrauch und der Helligkeit bei insgesamt längerer Lebensdauer. Einen neuen Ansatz verfolgen die Wissenschaftler der TU Braunschweig mit der Entwicklung durchsichtiger Displays. Das bedeutet, dass neben den OLEDs auch die TFTs als Treiberelektronik transparent sein müssen. Statt aus Silizium, wie herkömmliche Dünnschichttransistoren, bestehen durchsichtige TFTs aus einer etwa 100 Nanometer dicken Metalloxidschicht, zum Beispiel Zink-Zinn- Oxid, die mehr als 90 Prozent des sichtbaren Lichtes durchlässt. Die anzusteuernde OLED Selbstleuchtende transparente Anzeigen und Displays Inline-Anlage zur Fertigung organischer Leuchtdioden Zusammen mit Partnern aus der Industrie und mit Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung arbeitet das Institut im Labor für Elektrooptik daran, die notwendigen Vorraussetzungen für marktfähige OLED-Produkte zu schaffen. Die Forschungsarbeiten am Institut umfassen die Entwicklung und Synthese neuer OLED- Materialien, die Erhöhung ihrer Effizienz und Langzeitstabilität, produktionstaugliche Beschichtungsanlagen und Verfahren zur Herstellung von OLEDs sowie die Integration in Displays.

8 OPTISCHE SYSTEME UND MATERIALIEN Eine Million Bilder pro Sekunde mit der Ultrahochgeschwindigkeitskamera HyperVision Ein genaues Verständnis von Vorgängen haben. Deutlich erweitert werden die vielen und Prozessen ist häufig die Basis für Inno- Anwendungsfelder durch die Aufnahme vationen. Die notwendigen Einblicke liefern extrem schneller Bildsequenzen. In dieser Kameratechnik und Bildverarbeitung, die Superzeitlupe kann man beispielsweise sich in den letzten Jahren zu einer maßgeb- sehr genau den Lichtbogen beim Drücken lichen Querschnittstechnologie entwickelt einer Taste des Mobiltelefons beobachten oder auch den Zündvorgang in einem Motor, einen Tropfen, der auf ein Salatblatt fällt, oder Werkstoffversuche an Metallen oder Betonpfeilern. Extrem schnelle Bildsequenzen bilden die Grundlage für Qualitätsverbesserungen bis hin zu völlig neuen ISIS-Bildsensor > Fachhochschule Osnabrück Fakultät Ingenieurwissenschaften und Informatik/ Interdisziplinärer Forschungsschwerpunkt Intelligente Sensorsysteme (ISYS) Albrechtstr Osnabrück Sensorsysteme: Optoelektronik, Multisensorsysteme, Systemintegration, mechatronische Systeme Produkten. Analyse in Superzeitlupe Die Fachhochschule Osnabrück hat gemeinsam mit weiteren Hochschulen und Unternehmen eine Digitalkamera entwickelt, die bis zu einer Million Bilder pro Sekunde liefert. Aufgrund der vorangegangenen 3D-Animation zur Funktionsweise des ISIS-Bildse nsors Marktanalyse haben sich die Wissenschaftler für das Konzept eines ISIS-CCD- Bildsensors entschieden ISIS steht für Insitu Storage Image Sensor. Direkt neben jedem Bildpixel sind circa hundert lokale CCD-Speicherelemente untergebracht. Dass die Bilder im gewünschten Zeitintervall gespeichert werden, gewährleistet kamera der Welt. Mehrere Unternehmen und Institute, darunter die Bundesanstalt für Materialforschung in Berlin, haben die Kamera bereits eingesetzt und konnten bisher unbeobachtete Vorgänge sehen und analysieren. Imaging: CCD/CMOS-Kameras, Spectral Imaging, Hochgeschwindigkeitskameras, bildgebende Lichtvorhänge Agricultural Engineering: Sensorik, autonome Feldroboter > Kooperationspartner Kinki University, Osaka/Japan Shimadzu Corporation, Tokyo/Japan und Duisburg DALSA BV, Eindhoven/Niederlande Link Research, Tokyo/Japan Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin Technische Universität Berlin Bildgebende Sensortechnik, Forschungsnetz Niedersächsischer Fachhochschulen 3D-Finite-Elemente-Simulation von CCD-Strukturen ein Überschreibmodus in Verbindung mit einem Videotrigger. Ein Triggersignal kann zum Beispiel über ein TTL-Signal, ein Mikrofon oder eine Lichtschranke ausgelöst werden. Die in Zeitintervallen bis herunter zu einer Mikrosekunde pro Bild aufgenommenen Sequenzen werden anschließend in Superzeitlupe abgespielt und ermöglichen eine wissenschaftlich-technische Analyse der Vorgänge. Bildausschnitt (Mikroskop) zur Architektur des ISIS-Bildsensors Die schnellste Kamera der Welt Die Fachhochschule Osnabrück hat besonders in den Bereichen Sensor-Design und Simulationstechnik maßgeblich an der Entwicklung des Bildsensors mitgearbeitet. Die Wissenschaftler haben einzelne Chip- Strukturen des ISIS-Bildsensors mit dem 3D- Finite-Elemente-Programm SPECTRA simuliert. Anhand der Simulations- und Messergebnisse der Teststrukturen wurden das Chip-Layout des kompletten Sensors erstellt und die Masken für die Herstellung der integrierten Schaltkreise gefertigt. Die Sensoren Beispiel: Zerplatzen eines mit Wasser gefüllten Luftballons. Prof. Dr. Arno Ruckelshausen Dr.-Ing. Dipl.-Ing.(FH) Dirk Poggemann Dipl.Ing.(FH) Andreas Linz Tel.: Fax: Mail: Web: forschung.html Ultrahochgeschwindigkeitskamera HyperVision (Produkt: Shimadzu Corporation) werden bei der Firma DALSA erfolgreich produziert. In Verbindung mit der von Shimadzu entwickelten zugehörigen Kameratechnik entstand die Ultrahochgeschwindigkeitskamera HyperVision. Die Kamera ist die derzeit schnellste Ein-Chip-Digital- Beispiel: Ein Wassertropfen trifft auf die Wasseroberfläche.

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