ISBN 9783843905800

978-3-8439-0580-0, Reihe Physik

Christina Kimmle
Dynamische mikrofluidische Iris-Arrays

120 Seiten, Dissertation Technische Universität Kaiserslautern (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Aktive Mikrooptik ist dadurch gekennzeichnet, dass optische Eigenschaften eines optischen Mikrosystems während des Betriebs gezielt dynamisch verändert werden können, ohne dass Teile der optischen Elemente mechanisch bewegt werden. Eine Variation der Fokuslänge, veränderbare Abbildungsvergrößerung, variable Apertur sowie mechanische Verschiebung im Objekt- oder Abbildungsraum sind Beispiele, bei denen ein optisches System zwecks Anpassung an eine Mess- oder Abbildungsaufgabe verstellt werden muss. Neben aktiven Linsen, die inzwischen kommerziell erhältlich sind, steigt das Interesse an dynamischen Blenden.

Ziel der Arbeit, über die hier berichtet wird, war das Design, die Realisierung, Charakterisierung und Untersuchung dynamischer, mikrofluidischer Iris-Systeme. In einem ersten Ansatz wurde eine Einzeliris realisiert. Das Konzept basiert auf der Deformation einer Elastomerkalotte und der dadurch bedingten Verdrängung einer opaken Flüssigkeit in Abhängigkeit des herrschenden hydrostatischen Drucks.

Dieses Konzept kann auf Iris-Arrays erweitert werden, wobei grundsätzlich die Möglichkeit besteht diese Iris-Arrays mit Linsen Arrays zu kombinieren. Da die Iris-Arrays auf die synchrone Ansteuerung aller Elemente ausgelegt sind, wurde in einem letzten Schritt ein Doppelmodul konzipiert, das aufgrund der Verwendung zweier Iris-Arrays mehrere Öffnungszustände erlaubt. Die Irisstrukturen dieses Doppelmoduls wurden zunächst im Millimeter-Maßstab realisiert, bevor die Dimensionen in einem finalen Schritt auf den Mikrometer-Maßstab reduziert worden sind.

Die Herstellung der Irisstrukturen erfolgte über Abformung eines Silikons. Die Abgussformen (“master”), die dafür nötig sind, wurden zunächst feinmechanisch hergestellt. Außerdem wurde ein technologischer Prozess entwickelt, der die Herstellung der Strukturen im Mikrometer-Maßstab ermöglicht. Dafür wurden Quarzglas Substrate mit einer lithographisch hergestellten Ätzmaskierung aus Chrom, Gold und AZ®5214 Photolack verwendet, die anschließend mit gepufferter Flusssäure geätzt wurden.

Die Phasenfrontmessungen der Module zeigten eine Verzerrung von weniger als 2 λ. Somit besitzen die Module eine hohe optische Qualität.

Durch den Einsatz dynamischer Linsen und der vorgestellten Irismodule konnte ein Demonstrator realisiert werden, der das Schalten zwischen einer Anordnung zur 1:1 Abbildung und einem Fourier optischen 4f-Filter Aufbau erlaubt.