SPP 1337 - Aktive Mikrooptik - Teilprojekt: Elektromagnetische Ansteuerung von Mikrooptiken: Adaptive Systeme auf der Basis ferrofluidischer Aktoren

Das Teilprojekt „Elektromagnetische Ansteuerung von Mikrooptiken: Adaptive Systeme auf der Basis ferrofluidischer Aktoren“ gehört zum Schwerpunktprogramm 1337 „Aktive Mikrooptik“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Im Rahmen dieses Projektes entwickelt und fertigt das Institut für Mikroproduktionstechnik (IMPT) dünnfilmtechnische Komponenten für einen ferrofluidischen Mikroaktor. Durch Bestromen eines Mikrospulenarrays wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das ein Ferrofluid in einem Mikrokanal aus PMMA verschiebt. Die Bewegung der ferrofluidischen Flüssigkeitssäule bewirkt eine Verdrängung einer optischen Flüssigkeit in dem Mikrokanal und führt zur Bildung einer flüssigen Linse am Ende des Kanals. In Abhängigkeit von der Position des Ferrofluids im Kanal soll der Krümmungsradius der Linse und damit dessen Brennweite eingestellt werden können. Ferner sind integrierte Hartmagneten vorgesehen, um das Ferrofluid und damit die Linse ohne äußere Energiezufuhr in einer Position zu halten (siehe Abb. 1). 

Das Mikrospulenarray ist Bestandteil eines Statorsystems, das außerdem aus einer magnetischen Flussführung aus NiFe45/55, aus Montagemarken für die Systemintegration und einer Einbettung der Strukturen aus SU-8™ sowie aus Kontaktpads zur Ansteuerung des Mikrospulenarrays besteht.

Für die Modellierung des Mikrospulenarrays wurden erfolgreich Finite-Elemente-Methode (FEM) -Analysen zur Simulation des erzeugten magnetischen Feldes und der Temperatur durchgeführt. Aus den Simulationsergebnissen wurde das Design für die Fotolithografiemasken abgeleitet. Für die Herstellung des Mikroaktors wurde eine Prozessfolge aufgestellt und wurden die Dünnfilmprozesse optimiert. Die Fertigung erster Systeme ist abgeschlossen (siehe Abb. 2). Auf der Grundlage der Erfahrungen aus dem ersten Fertigungslauf wird ein optimiertes Design erstellt. 

Nach der Herstellung der Mikroaktoren erfolgt die Systemintegration. Hierbei bilden zwei Mikroaktoren eine Sandwichstruktur, in deren Mitte sich die Mikrokanalstruktur befindet.