2D-Quasi-Statische MEMS-Mikro-Spiegel

Neben unserer langjährig bewährten Resonanzspiegeltechnologie erweitert unser neues Piezoaktordesign und unsere Technologie den Anwendungsbereich erheblich.

Die neue Generation von piezoelektrisch angetriebenen MEMS-Scannern des Fraunhofer ISIT kann aufgrund des hohen Drehmoments des piezoelektrischen Materials extreme optische Scanwinkel von nahezu 180° erreichen. Die erreichbare Scangeschwindigkeit und die Möglichkeit, zwei Scan-Achsen in ein sehr kompaktes Gerät zu integrieren, sind wesentliche Vorteile von MEMS-Scannerspiegeln gegenüber herkömmlichen galvanometrischen Scannern.

Quasistatische Spiegel mit Winkel- und Translationsauslösung

• Rosenknospenförmiges 4-Elektroden-Aktor-Design
• Spiegelplatten mit Durchmessern von 0,2 mm - 20 mm (Kerndesign 1 mm - 5 mm)
• Metallische Beschichtungen wie Au, Al, etc.
• Optischer Weg der z-Bewegung bei nicht optimiertem Design bis zu 400 µm (doppelte physikalische Bewegung)

Unsere piezoelektrisch mit AlN/AlScN angesteuerten Spiegel können nicht nur Kipp- sondern auch translatorische Mischbewegungen ausführen. Der Film (s. Video links) zeigt eine mit einem Laservibrometer durchgeführte reale Messung, die durch die Messsoftware mit zusätzlichen Hilfslinien versehen wurde. Eine Extrapolation zeigt, dass mit einer Spannung von +/- 100 V ein Hub von über 10 µm erreicht werden kann, wobei das nicht optimierte Design noch viel Spielraum für weitaus größere Hübe von einigen 100 µm zulässt (s. Abb. 2). Zudem ist die Translationsbewegung sehr sortenrein, d.h. es ist keine ungewollte Kippbewegung erkennbar. Mit diesem neuen Spiegeltyp lassen sich zahlreiche neue Anwendungen z.B. in der Spektroskopie oder im Quantensensing und -computing, z.B. für steuerbare optische Pinzetten realisieren.

Die folgende Tabelle zeigt den Hauptparameterraum, in dem diese Parameter jedoch aufgrund physikalischer Beschränkungen nicht beliebig kombiniert werden können.

Tab. 1: Hauptparameter für quasistatische Spiegel

Neben Kippbewegungen können mit dieser Vier-Elektroden-Aktor-Architektur auch translatorische oder gemischte Spiegelbewegungen durchgeführt werden, die alle in einem geschlossenen Regelkreis durch eine sehr genaue optische oder piezoelektrische Positionserfassung präzise definiert sind. Simulationen haben gezeigt, dass bereits mit diesem ersten, nicht optimierten Design große Naben bis zu 200 µm erreicht werden können (Abb. 2).