Herstellung von Filterarrays zur multispektralen Beobachtung

Transkript

1 Herstellung von Filterarrays zur multispektralen Beobachtung Christiane Kessler, Thomas Bauer Optics Balzers Jena GmbH

2 Überblick Was macht Optics Balzers? Filter für satellitengestütze Erdbeobachtung Typische Spezifikationen für Bandpassfilter Konzepte für Filterarrays Vergleich der Konzepte

3 Optics Balzers - Kundenspezifische optische Beschichtungen - Kernkompetenzen: Schichtdesign & Beschichtung Balzers, Liechtenstein Jena, Deutschland Gebäude in Neugrüt Gebäude in Jena Mitarbeiter: 130 Mitarbeiter: 40

4 Standort Jena: Sensors & Imaging Laser, Space & Defence Biophotonics Sensors Imaging Sub-Segments Laser Space Defence Biochips Fluorescence Filters MedTech Endoscopes

5 Übersicht Was macht Optics Balzers? Filter für satellitengestütze Erdbeobachtung Typische Spezifikationen für Bandpassfilter Konzepte für Filterarrays Vergleich der Konzepte

6 Filter für satellitengestützte Erdbeobachtung Anwendung: Meteorologie, Umweltschutz, Landwirtschaft, Katastrophen-Management Multispektrale Beobachtung zur Unterscheidung verschiedener Signale (Vegetation, Wasser, Wolken, Staub, Wärmestrahlung ) Example of how the multispectral images from Sentinel-2 are analysed (Courtesy of ESA)

7 Filter für satellitengestützte Erdbeobachtung Mögliche Technologien: Multispektrale Filterarrays Filterräder

9 Typische Spezifikationen für Bandpassfilter Mehrere Spektralbänder, z.b. Rot, Grün, Blau, nahes Infrarot und ein PAN-Filter

10 Typische Spezifikationen für Bandpassfilter Spektrale Anforderungen Zentralwellenlängen Halbwertsbreite Blockbereich Blockung Min. Transmission im Passband nm (± wenige nm) nm (± wenige nm) nm OD2 bis OD % Kantensteilheit Übergang von <5% zu >90% Transmission innerhalb von 10 50nm Polarisationfaktoren <1% Einfallswinkel 0 10

11 Typische Spezifikationen für Bandpassfilter

12 Typische Spezifikationen für Bandpassfilter Umweltbedingungen: Anwendung im Vakuum bei Temperaturen zwischen 130 und 330K Qualifikation: Abrieb, Haftfestigkeit, Feuchtigkeit, Thermal- (Vacuum-)Cycling, Lösemittelbeständigkeit, Strahlungstests

14 Konzepte zur Herstellung von Filterarrays Aufbringung aller Filter auf ein Substrat mittels Fotolithografie Beschichtung verschiedener Substrate Zusammenfügen

15 Fotolithografischer Technologie-Ansatz Substrat mit Lackmaske (Abdeckung der nicht zu beschichtenden Areale mit Fotolack) Beschichtung Entfernung des Fotolacks (Liften) 1 Durchgang je Kanal Abschließend Aufbringung einer schwach reflektierenden Maske (zur Verringerung des Streulichts)

16 Einzelstreifen-Technologie-Ansatz Beschichtung auf unterschiedlichen Substraten Sägen in Einzelstreifen (vor oder nach Beschichtung) Maskierung zur Streulichtreduzierung (vor oder nach Sägen) Zusammenfügen zu einem Filterarray (Kleben, Eingießen, Festschrauben)

17 Einzelstreifen-Technologie-Ansatz Alternativ kann die Fotomaske nach dem Zusammenfügen aufgebracht werden Vorteile: Ausrichtung/Justierung & Abdeckung der Sägekanten

19 Vergleich der Konzepte Fotolithografisch Breite der Filterstreifen nur begrenzt durch Fotolithographie-Prozess und Anlagengröße: 20µm 200mm bei Optics Balzers Jena Im Prinzip jede geometrische Anordnung möglich Einzelstreifen Untere Grenze für Breite der Einzelstreifen begrenzt durch mechanische Stabilität und Handhabbarkeit ca. 1mm bzw. Verhältnis Länge/Breite von ca. 40/1

20 Vergleich der Konzepte Fotolithografisch Breite der Filterstreifen nur begrenzt durch Fotolithographie-Prozess und Anlagengröße: 20µm 200mm bei Optics Balzers Jena Im Prinzip jede geometrische Anordnung möglich Unebenheit ist begrenzt auf spannungsinduzierte Verbiegung und Ausgangssubstrat (wenige Interferenzstreifen); bestimmt durch Beschichtungsdesign Einzelstreifen Untere Grenze für Breite der Einzelstreifen begrenzt durch mechanische Stabilität und Handhabbarkeit ca. 1mm bzw. Verhältnis Länge/Breite von ca. 40/1 Unebenheit wird dominiert durch die Verbiegung der Einzelstreifen und den Klebeprozess (einige µm)

21 Vergleich der Konzepte Fotolithografisch Breite der Filterstreifen nur begrenzt durch Fotolithographie-Prozess und Anlagengröße: 20µm 200mm bei Optics Balzers Jena Im Prinzip jede geometrische Anordnung möglich Unebenheit ist begrenzt auf spannungsinduzierte Verbiegung und Ausgangssubstrat (wenige Interferenzstreifen); bestimmt durch Beschichtungsdesign Streulicht kann reduziert werden durch die Verbreiterung der schwarzen Maskenstege zwischen den Streifen Einzelstreifen Untere Grenze für Breite der Einzelstreifen begrenzt durch mechanische Stabilität und Handhabbarkeit ca. 1mm bzw. Verhältnis Länge/Breite von ca. 40/1 Unebenheit wird dominiert durch die Verbiegung der Einzelstreifen und den Klebeprozess (einige µm) Streulicht zwischen den Streifen kann mit schwarzem Kleber minimiert werden

22 Vergleich der Konzepte Fotolithografisch Breite der Filterstreifen nur begrenzt durch Fotolithographie-Prozess und Anlagengröße: 20µm 200mm bei Optics Balzers Jena Im Prinzip jede geometrische Anordnung möglich Unebenheit ist begrenzt auf spannungsinduzierte Verbiegung und Ausgangssubstrat (wenige Interferenzstreifen); bestimmt durch Beschichtungsdesign Streulicht kann reduziert werden durch die Verbreiterung der schwarzen Maskenstege zwischen den Streifen Weltraum qualifiziert Einzelstreifen Untere Grenze für Breite der Einzelstreifen begrenzt durch mechanische Stabilität und Handhabbarkeit ca. 1mm bzw. Verhältnis Länge/Breite von ca. 40/1 Unebenheit wird dominiert durch die Verbiegung der Einzelstreifen und den Klebeprozess (einige µm) Streulicht zwischen den Streifen kann mit schwarzem Kleber minimiert werden Ebenfalls Weltraum qualifiziert, allerdings deutlich anfälliger für stressinduzierte Schäden an den Sägekanten

23 Vergleich der Konzepte Fotolithografisch Breite der Filterstreifen nur begrenzt durch Fotolithographie-Prozess und Anlagengröße: 20µm 200mm bei Optics Balzers Jena Im Prinzip jede geometrische Anordnung möglich Unebenheit ist begrenzt auf spannungsinduzierte Verbiegung und Ausgangssubstrat (wenige Interferenzstreifen); bestimmt durch Beschichtungsdesign Streulicht kann reduziert werden durch die Verbreiterung der schwarzen Maskenstege zwischen den Streifen Weltraum qualifiziert Alle Prozesse aufeinanderfolgend fehleranfälliger Einzelstreifen Untere Grenze für Breite der Einzelstreifen begrenzt durch mechanische Stabilität und Handhabbarkeit ca. 1mm bzw. Verhältnis Länge/Breite von ca. 40/1 Unebenheit wird dominiert durch die Verbiegung der Einzelstreifen und den Klebeprozess (einige µm) Streulicht zwischen den Streifen kann mit schwarzem Kleber minimiert werden Ebenfalls Weltraum qualifiziert, allerdings deutlich anfälliger für stressinduzierte Schäden an den Sägekanten Flexibler, da alle Beschichtungen auf separaten Substraten durchgeführt werden

24 Vergleich der Konzepte Fotolithografisch Breite der Filterstreifen nur begrenzt durch Fotolithographie-Prozess und Anlagengröße: 20µm 200mm bei Optics Balzers Jena Im Prinzip jede geometrische Anordnung möglich Unebenheit ist begrenzt auf spannungsinduzierte Verbiegung und Ausgangssubstrat (wenige Interferenzstreifen); bestimmt durch Beschichtungsdesign Streulicht kann reduziert werden durch die Verbreiterung der schwarzen Maskenstege zwischen den Streifen Weltraum qualifiziert Alle Prozesse aufeinanderfolgend fehleranfälliger Schichtdicke (und damit spektrale Komplexität) limitiert auf ca. 5µm Einzelstreifen Untere Grenze für Breite der Einzelstreifen begrenzt durch mechanische Stabilität und Handhabbarkeit ca. 1mm bzw. Verhältnis Länge/Breite von ca. 40/1 Unebenheit wird dominiert durch die Verbiegung der Einzelstreifen und den Klebeprozess (einige µm) Streulicht zwischen den Streifen kann mit schwarzem Kleber minimiert werden Ebenfalls Weltraum qualifiziert, allerdings deutlich anfälliger für stressinduzierte Schäden an den Sägekanten Flexibler, da alle Beschichtungen auf separaten Substraten durchgeführt werden Komplexe und dicke Schichtsysteme möglich (unter Berücksichtigung der Schichtspannung)

25 Vergleich der Konzepte Fotolithografisch Breite der Filterstreifen nur begrenzt durch Fotolithographie-Prozess und Anlagengröße: 20µm 200mm bei Optics Balzers Jena Im Prinzip jede geometrische Anordnung möglich Unebenheit ist begrenzt auf spannungsinduzierte Verbiegung und Ausgangssubstrat (wenige Interferenzstreifen); bestimmt durch Beschichtungsdesign Streulicht kann reduziert werden durch die Verbreiterung der schwarzen Maskenstege zwischen den Streifen Weltraum qualifiziert Alle Prozesse aufeinanderfolgend fehleranfälliger Schichtdicke (und damit spektrale Komplexität) limitiert auf ca. 5µm Einzelstreifen Untere Grenze für Breite der Einzelstreifen begrenzt durch mechanische Stabilität und Handhabbarkeit ca. 1mm bzw. Verhältnis Länge/Breite von ca. 40/1 Unebenheit wird dominiert durch die Verbiegung der Einzelstreifen und den Klebeprozess (einige µm) Streulicht zwischen den Streifen kann mit schwarzem Kleber minimiert werden Ebenfalls Weltraum qualifiziert, allerdings deutlich anfälliger für stressinduzierte Schäden an den Sägekanten Flexibler, da alle Beschichtungen auf separaten Substraten durchgeführt werden Komplexe und dicke Schichtsysteme möglich (unter Berücksichtigung der Schichtspannung)

26 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! V2013 Optics Balzers Jena GmbH