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UNITITEL UNI I 01 I 2014 17 | Spitzenforschung zu optischen Mikrosystemen Die breiten Anwendungsfelder optischer Mikrosysteme erfordern umfangreiche Forschungsarbeiten. Wie erfolgreich sich die TU Ilmenau dabei positioniert hat, zeigen allein die zahlreichen Projekte und Kooperationen, die in den letzten fünf Jahren gestartet wurden. So ist die Universität einer der drei Akteure des Kompetenzdreiecks Optische Mikrosys-teme (KD OptiMi). In diesem großen, vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der „Spitzenforschung und Innovation in den Neuen Ländern“ geförderten Projekt wurden die Kompetenzen der TU Ilmen-au, des Instituts für Angewandte Physik (IAP) der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des CiS Forschungsinstituts für Mikrosensorik und Photovoltaik in Erfurt gebündelt. Ziel ist die Entwicklung multi-funktioneller optischer Mikrosysteme und deren schneller Transfer in Anwendungen für die Zukunftsmärkte Energie, Gesund-heit und Umwelt. Die TU Ilmenau bringt insbesondere den Systementwurf, die Kopplung der Optik an die Anwendung, die Mikroaktorik und Systemintegration ein, das IAP in Jena das Know-how auf dem Gebiet der optischen Systeme sowie der mikro- und nanostrukturierten Optik und das CiS in Erfurt auf dem Gebiet der optischen Sensoren und Fotodioden. Parallel zur Spitzenförderung des Bun-des wurden vom Thüringer Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kunst (TMBWK) die zwei Standort-übergrei-fenden Graduiertenschulen OMITEC und Green Photonics gefördert und etabliert. 25 junge Nachwuchswissenschaftler/ innen forschen hier im Rahmen ihrer Promotionsarbeiten in Teilprojekten zu Themen für die genannten Märkte. Insge-samt sind an den auf Ilmenauer Seite von Professor Martin Hoffmann und Professor Stefan Sinzinger geleiteten Projekten acht Fachgebiete der TU Ilmenau beteiligt, die am IMN MacroNano® angesiedelt sind. Mikrotracker – Innovation für den Präzisionsmaschinenbau Ein Beispiel für ein Projekt, das die TU Ilmenau im Rahmen des Kompetenz-dreiecks OptiMi bearbeitet, ist der so genannte Mikrotracker. Was zunächst unscheinbar klingt, birgt eine Ent-wicklung, die für eine der wichtigsten Wirtschaftsdomänen Deutschlands, den Präzisionsmaschinenbau, von großer Be-deutung ist. Hier, etwa bei der Montage von Geräten des täglichen Lebens, kommt es auf Mikrometer- und zunehmend auf Nanometergenauigkeit an. Der Mikrotra-cker ist in der Lage, in einer Maschine ein Werkzeug, beispielsweise einen Greifer, kontinuierlich in seiner Position zu verfol-gen, also zu „tracken“. „Mit einer solchen Bahnverfolgung erreichen wir gegenüber der herkömmlichen Positionsmessung ei-nen entscheidenden Vorteil“, so Professor Hoffmann. „Elastische Verformungen der Maschinenachsen, wie sie oft bei hohen Lasten auftreten, können das Messer-gebnis nun nicht mehr verfälschen. Das neue Verfahren gewährleistet, dass die Qualität der Präzisionsmessung immer konstant bleibt.“ Um das zu erreichen, vereinen die Forscher neueste Laserinterferometer mit mo-dernster Mikrosystemtechnik. Interferenz bedeutet die Überlagerung von Wellen und deren Wechselwirkung. Trifft etwa ein Wellenberg mit einem gleich großen Wellental zusammen, so entsteht Ruhe bei Wasserwellen, Stille bei Schallwellen und Dunkelheit bei Lichtwellen. Dazwischen gibt es unzählige Stufen, die mit der physikalischen Methode der Interferenz messbar sind. So kommen Interferometer beispielsweise in der Medizin zum Ein-satz, um kleinste Gewebeveränderungen nachzuweisen. Dieses Prinzips bedienen sich die Il-menauer Wissenschaftler nun für den Mikrotracker. Auch hier nutzen sie die Wechselwirkung von hin- und rücklaufen-dem Lichtstrahl, also die Interferenz eines reflektierten Lichtstrahls, um minimalste Abstandsänderungen zu erfassen. Neu ist das Verfahren bis hierher nicht, neu jedoch ist die Miniaturisierung und die hochgradige Systemintegration, die das etwa Kugelschreiber-große Bauelement ausmachen. Professor Hoffmann: „Der Mikrotracker besteht aus einem so ge-nannten integriert optischen Chip. Das heißt, der Chip ist nicht nur in der Lage, Licht, das er von einer externen Laserquelle empfängt, so aufzuteilen, dass hin- und rücklaufende Wellen interferieren können. Zusätzlich, und das ist das Besondere, sind in den Chip Heizer für definierte Tempera-turgradienten integriert. Diese Funktion ist wichtig, um auch kleinste Abweichungen optimal ausgleichen zu können, denn die Arbeit im interferenzoptischen Labor: Die physikalischen Prinzipien der Optik wie zum Beispiel die interferenzoptische Abstandsmessung werden für optische Mikrosysteme wie den Mikrotracker übertragen. Bei der Erforschung und Entwicklung optischer Mikrosysteme arbeitet das Fachgebiet Mikro-mechanische Systeme unter Leitung von  Professor Martin Hoffmann (rechts) besonders eng mit dem Fachgebiet Technische Optik unter Leitung von Professor Stefan Sinzinger zusammen.


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