Datenübertragung der Gegenwart und Zukunft
Eine der größten Herausforderungen der kommenden Jahre ist der exponentiell steigende Datenverkehr, der von Netzwerken bewältigt werden muss. Zur Überbrückung langer Distanzen spielt die Nutzung von Glasfasern als optische Wellenleiter eine zentrale Rolle und ist längst ein allgegenwärtiger Bestandteil des Alltags. Heimische Glasfaser-Anschlüsse zum Internet sind ein prägnantes Beispiel dafür, wie diese Technologie den schnellen und verlustarmen Transport großer Informationsmengen über weite Strecken ermöglicht.
Doch während für Langstreckenverbindungen Glasfasern eine effiziente Lösung darstellen, ist die Überbrückung kürzerer Distanzen ein bisher unzureichend gelöstes Problem – insbesondere in lokalen Netzwerken und Rechenzentren zur Überbrückung der Schnittstelle zwischen der datenübertragenden Glasfaser und der datenumwandelnden Elektronik.
Innovativer Herstellungsprozess: Mosquito-Methode
Im Rahmen des Forschungsprojektes 3D-MosquitOPrint (Förderkennzeichen 01IF22434N) wird daher am Institut für Transport- und Automatisierungstechnik (ITA) in Kooperation mit dem Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von integrierten optischen Wellenleitern auf räumlichen Schaltungsträgern, sogenannten 3D-Mechatronic Integrated Devices (3D-MIDs), untersucht.
3D-MIDs weisen bislang nur konventionelle elektrische Leiterbahnen auf. Ziel des Projektes ist es, sie um optische Leiter zu ergänzen. Dies ermöglicht neben einem höheren Datendurchsatz auch gleichzeitig eine Resistenz gegenüber elektromagnetischen Störungen, wodurch eine zusätzliche Signalabschirmung der Leitung vermieden werden kann. Darüber hinaus ermöglichen optische Übertragungsstrecken eine galvanische Trennung zweier Schaltungen, sodass ein Einsatz in Umgebungen mit starken elektrischen Feldern sowie in explosionsgefährdeten Bereichen möglich ist.
Integration von elektrischen und optischen Leitern in einem Bauteil
Zur Realisierung eines solchen hybriden Bauteils, welches sowohl elektrische als auch optische Leitungen zur Verfügung stellt, wird die neuartige Mosquito-Methode erforscht. Das Verfahren erlaubt die Herstellung von Wellenleitern mit kreisrundem Querschnitt, indem ein Nass-in-Nass Dispensier-Prozess durchgeführt wird. Dabei wird in ein noch flüssiges optisches Mantelpolymer mit einer Nadel der lichtleitende Kern dispensiert. Die Methode erinnert an den Stich einer Mücke – daher der Name „Mosquito“. Anschließend wird die gesamte Struktur unter UV-Strahlung ausgehärtet. Durch die Wechselwirkungen der beiden Flüssigkeiten stellt sich das runde Querschnittsprofil der dispensierten Struktur ein.
Vielseitig durch sequentiellen Auftrag
Mit dem sequentiellen Dispensierverfahren kann eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen an die Lichtwellenleiter realisiert werden. Durch Variation der Vorschubgeschwindigkeit, mit der sich die Nadel durch das flüssige Mantelmaterial bewegt und das Kernmaterial aufgetragen wird, lassen sich unterschiedlich große Lichtleiterkerne erzeugen. Ein weiterer Parameter für mögliche Modifikationen ist der Dosierdruck, mit dem das Material aus der Kartusche gedrückt wird.
Mit einem neuen, am ITA entwickelten Versuchsstand können auch verschiedenste dreidimensionale Pfade abgefahren werden, sodass Lichtein- und -ausgänge außerhalb einer optischen Achse über Kurven miteinander verbunden werden können. Ebenso besteht die Möglichkeit, flexibel zwischen verschiedenen Kern- und Mantelmaterialien zu wechseln. Somit adressiert das Verfahren vielseitige Herausforderung in der Mikrooptik und kann in Zukunft beispielsweise skalenübergreifende Wellenleitersysteme als Bindeglied zwischen mehreren integrierten optischen Systemen umsetzen.
