Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »EFFICIENTlight«
Aufgrund der steigenden Nachfrage nach höheren Datenraten und längeren Übertragungsstrecken strebt die Industrie eine mono-modale Optik an, bei der nur noch eine einzelne Lichtmode zur Datenübertragung notwendig ist und die eine deutliche Verbesserung der gängigen Infrastruktur darstellt. Die dafür benötigten Mikro-Optiken zur Kopplung von photonischen integrierten Schaltkreisen (PIC) mit Lichtleitfasern sind jedoch nur wenige Millimeter groß und erfordern sowohl bei der Fertigung als auch bei der Montage eine extreme Präzision. Das macht sie zu einem wesentlichen Kostenfaktor: Bis zu 50 Prozent der gesamten Herstellungskosten entfallen auf die Faserkopplung.
Entwicklung einer neuartigen Technologie zur mono-modalen Glasfaserkopplung
Im Rahmen des Forschungsprojekts »EFFICIENTlight - Effiziente Faser-PIC-Kopplung mittels Glasumformung auf Wafermaßstab« entwickelten die Projektpartner ein neuartiges Verfahren zur effizienten, wirtschaftlich attraktiven Herstellung von Glasfaserkopplungen mittels replikativer Glasumformung auf Wafer-Level. Für die Fertigung der Faserkoppler legten die Forscherinnen und Forscher verschiedene Glasumformtechnologien auf Wafer-Level neu aus. Mit diesem Verfahren können in einem Arbeitsschritt gleich mehrere Optiken hergestellt werden, was die Produktionskosten massiv senkt. Die Umformung erlaubt zudem die Herstellung komplex geformter Optiken und erweitert die Gestaltungsfreiheiten im Optikdesign. Diese Optionen wurden im Projekt ausgeschöpft: Das Forscherteam optimierte das Design der Koppler, beispielsweise durch die Integration mehrerer optisch-aktiver Flächen wie Linsen und Spiegel.
Optimiertes Optikdesign und Auslegung von neuen Glasumformungsprozessen
Zur Fertigung des neuen Optikdesigns entwickelte das Fraunhofer IPT Glasumformungstechnologien weiter und legte die Prozesse neu aus. Neben dem isothermen Prozess des Präzisionsblankpressens, bei dem Glasrohlinge direkt in einer Umformanlage erhitzt und abgeformt werden, wurde auch das effizientere nichtisotherme Glasumformen untersucht, bei dem das Material vorab außerhalb der Maschine auf die erforderliche Temperatur gebracht wird. Da die Aperturen der Mikro-Optiken nur wenige 100 µm betragen und hochgenau eingebracht werden müssen, war die Prozessentwicklung sehr anspruchsvoll.
Serientauglichkeit in industrienaher Umgebung getestet
Um die Serientauglichkeit der Fertigungsprozesse unter Industriebedingungen nachzuweisen, wurden die Prozesse auf kommerziellen Fertigungsanlagen durchgeführt. Die gefertigten Optiken wurden anschließend in einer anwendungsnahen Testumgebung mit eigens entwickelten Schaltkreisen montiert und getestet. In den Versuchen zeigte sich, dass die Optiken, die mit dem neu ausgelegten isothermen Umformungsprozess auf Wafer-Level hergestellt wurden, durchweg von höchster Qualität waren. Auch das neue Design der Faserkoppler konnte überzeugen: Die optischen Eigenschaften übertrafen zum Teil sogar die Erwartungen.
Aufbauend auf den positiven Ergebnissen des »EFFICIENTlight«-Projekts ist geplant, sowohl das Präzisionsblankpressen als auch die nicht-isotherme Umformung zukünftig für die kostengünstige Produktion komplexer Mikrooptiken in hoher Stückzahl weiterzuentwickeln.
Förderung
Das dreijährige Forschungsprojekt »EFFICIENTlight – Effiziente Faser-PIC-Kopplung mittels Glasumformung auf Wafermaßstab« wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms »Photonikforschung Deutschland« gefördert.
Projektpartner
Industriepartner
- Mellanox Technologies, Ltd.
- GD Optical Competence GmbH
- Aixemtec GmbH
- aiXscale photonics UG
- son-x GmbH
Forschungspartner
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
- RWTH Aachen University, Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik
Projektförderung
Das Forschungsvorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms Photonikforschung Deutschland gefördert.
Publikationen aus diesem Projekt
| Jahr Year | Titel/Autor:in Title/Author | Publikationstyp Publication Type |
|---|---|---|
| 2022 | Efficient Fiber-Photonic Integrated Circuit Connection via Wafer-Scale Glass Molding Michels, Robert; Grunwald, Tim; Bergs, Thomas |
Poster |
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica
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