3. Juli 2021

Wissenschaftler erforschen neue Sensor-Technologien

Ob die optische Umfelderkennung beim autonomen Fahren oder die Unterstützung von Tätigkeiten mittels VR (virtuelle Realität) und AR (erweiterte, engl. „augmented“, Realität) wie etwa bei der Wartung komplexer Industrieanlagen – optische Anwendungen und ihre Optimierung spielen für die Digitalisierung eine große Rolle.

m Projekt „ActiNode“ erforschen Wissenschaftler der Bergischen Universität Wuppertal die Voraussetzungen für eine neue Display- und Sensortechnologie – © Abbildung Lehrstuhl für Großflächige Optoelektronik

Im Projekt „ActiNode“ erforschen Wissenschaftler der Bergischen Universität Wuppertal unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Patrick Görrn, Lehrstuhl für Großflächige Optoelektronik, die Voraussetzungen für eine neue Display- und Sensortechnologie, deren Einsatz zukünftig vielfältige weitere Möglichkeiten im Bereich der Optik bieten soll. Im Fokus der Forschung stehen aktiv schaltbare Wellenleiter für Laserscanner und -displays.

Das Projekt wird mit einer Gesamtsumme von rund 1,1 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmenprogramm „Photonik Forschung Deutschland“ gefördert. Die Laufzeit beträgt zwei Jahre.

Wenn Licht über längere Strecken verlustarm geführt werden soll, kommen meist Lichtwellenleiter zum Einsatz. Ihre bekannteste Vertreterin, die Glasfaser, bildet die Basis unseres heutigen Informationszeitalters. Im Projekt ActiNode wird ein neuer Ansatz sogenannter aktiv schaltbarer Knotenwellenleiter (engl.: actively switchable node waveguides – ActiNode) verfolgt.

„In den untersuchten Wellenleitern, die man sich als dünne Platten oder flexible Folie vorstellen kann, wird das Laser-Licht aus einer separaten Quelle, beispielsweise einer einfachen Laserdiode, verlustfrei über eine Fläche geführt“, erklärt Prof. Görrn. Verlustfrei bedeute zunächst, dass kein Licht den Wellenleiter verlässt. „An einzelnen lokalen Punkten kann das Licht jedoch durch lokales elektrisches Schalten entnommen werden. Die ansonsten transparente Platte oder Folie leuchtet nur an den ausgewählten Punkten.“

Den zugrundliegenden Effekt sowie das mikrooptische System dahinter nehmen die Wissenschaftler nun genauer unter die Lupe, um die Wellenleiterfolien für eine spätere industrielle Anwendung zu verbessern. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Reduzierung der Betriebsspannung. Ziel ist es zudem, ein System zu entwickeln, das später durch einfache und günstige Methoden in großen Flächen hergestellt werden kann.

Die Realisierung großflächiger und bei niedriger Spannung schaltbarer Wellenleiter hilft schließlich dabei, die Entwicklung vieler Anwendungen in der Optik voranzutreiben: Lässt sich Licht an einer genau kontrollierbaren Stelle entnehmen, kann es beispielsweise in einem Display zum leuchtenden Pixel werden. Bei Laserdisplays führt die Methode zu einer deutlich besseren Farbwiedergabe und durch den gezielten Einsatz, also ohne Licht zu verschwenden, ebenso zu kostengünstigeren, effizienteren und leichteren Displays.

„Die Lichtpunkte können zudem als Ausgangspunkt geradlinig ausgestrahlter Laserstrahlen dienen, beispielsweise zur Bildgebung in einem Projektor oder zur optischen Abtastung der dreidimensionalen Umgebung“, so Prof. Görrn. Letzteres hat großes Potenzial für Sensor-Anwendungen im Automobilsektor, zum Beispiel beim autonomen Fahren.

Bislang werden in diesem Bereich mechanische Sensoren eingesetzt, der neue Ansatz kommt aber gänzlich ohne mechanische Bewegung aus. Das erhöht einerseits die Geschwindigkeit um einige Größenordnungen und lässt außerdem eine deutlich höhere Lebensdauer erwarten.

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