Identifizierung leicht gemacht

  • 19. June 2017

Europäische Pilotlinie MIRPHAB bietet Bündel von Komponenten für Infrarot-Spektroskopie an.

Benötigt ein Unternehmen eine Sensorlösung, beispielsweise um einen bestimmten Stoff im Produktions­prozess zu identifizieren, hat es oftmals ganz individuelle Anforderungen. Dies beginnt bei den nach­zuweisenden Stoffen und geht über die Anzahl der benötigten Sensoren bis hin zur Geschwindigkeit des Produktions­prozesses. Meist reicht dafür eine Lösung von der Stange nicht aus und es bedarf mehrerer Anbieter, um eine individuelle, optimale Lösung zu entwickeln. Hier setzt die EU-geförderte Pilotlinie MIRPHAB (Mid InfraRed PHotonics devices fABrication for chemical sensing and spectroscopic applications) an: In dieser Pilotlinie haben sich führende europäische Forschungs­institute und Firmen aus dem MIR-Umfeld zusammen­gefunden, um Kunden maß­geschneiderte Angebote aus einer Hand machen zu können. Interessenten können sich an einen zentralen Ansprechpartner wenden, der dann, nach dem Baukasten­prinzip, die bestmögliche Lösung aus dem Komponenten­portfolio der MIRPHAB-Mitglieder zusammenstellt.

Abb.: Demonstrator der miniaturisierten Laserquelle bestehend aus Quantenkaskadenlaserchip und MOEMS-Gitterscanner (Bild: Fh.-IAF)

Abb.: Demonstrator der miniaturisierten Laserquelle, bestehend aus Quantenkaskadenlaserchip und MOEMS-Gitterscanner (Bild: Fh.-IAF)

Um die europäische Industrie langfristig zu stärken und ihre Spitzen­position in der chemischen Analytik und Sensorik weiter auszubauen, wird die Entwicklung der individuellen MIR-Sensor­lösungen im Rahmen von MIRPHAB durch eine Beteiligung der EU unterstützt. Das senkt die Investitionskosten und damit die Eintritts­hürde für Unternehmen in den MIR-Bereich (mittleres Infrarot) deutlich. In Kombination mit der virtuellen Infrastruktur, die durch MIRPHAB entstanden ist, sind hochwertige MIR-Sensor­lösungen damit auch für Unternehmen interessant, denen Kosten und Entwicklungsaufwand vorher zu hoch schienen. Darüber hinaus erhalten Unternehmen durch MIRPHAB Zugriff auf neueste Technologien, so dass sie sich als Early-Adopter einen Vorsprung im Wettbewerb verschaffen können.

Eine zentrale Komponente der MIRPHAB-Sensorlösungen liefert das Fraunhofer-Institut für Angewandte Fest­körper­physik IAF aus Freiburg in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Photonische Mikro­systeme IPMS aus Dresden. Das Fraunhofer IAF bringt die Technologie der Quanten­kaskaden­laser ein, die Laserlicht im MIR-Bereich emittieren. Der Wellenlängen­bereich, in dem das Licht emittiert wird, ist bei dieser Art von Laser spektral sehr breit und lässt sich bei der Herstellung maßschneidern. Um innerhalb des Spektral­bereichs eine bestimmte Wellenlänge auszuwählen, muss diese über ein optisches Beugungs­gitter ausgewählt und wieder zurück in den Laser­chip gekoppelt werden. Durch die Drehung des Gitters lässt sich die Wellenlänge kontinuierlich abstimmen.

Das Gitter wird am Fraunhofer IPMS in miniaturisierter Form in Micro-Electro-Mechanical-System(MEMS)-Technologie hergestellt. Diese ermöglicht es, das Gitter mit einer Frequenz von bis zu einem Kilo­hertz schwingen zu lassen und somit die Wellen­länge der Laser­quelle bis zu tausend Mal pro Sekunde über einen sehr breiten Spektralbereich durch­zustimmen. Um die Herstellung der Laser und Gitter effizienter zu gestalten und für eine Pilot­serien­produktion zu optimieren, ist an MIRPHAB auch das Fraunhofer-Institut für Produktions­technologie IPT aus Aachen beteiligt. Mit seinem Know-how überführt es die Herstellung des schnell abstimmbaren MIR-Lasers in industriell anwendbare Produktions­abläufe.

Derzeit bewegen sich zahlreiche Anwendungen im Bereich der Spektro­skopie noch im sichtbaren oder nahen Infrarot-Bereich und verwenden relativ schwache Lichtquellen. MIRPHAB bietet Lösungen auf Basis von Infrarot-Halbleiterlasern. Diese verfügen über eine deutlich größere Licht­stärke und ermöglichen so ganz neue Anwendungen. Dadurch lassen sich mit der MIR-Laserquelle bis zu 1000 Spektren pro Sekunde aufnehmen, wodurch zum Beispiel die automatisierte Überwachung und Steuerung von chemischen Reaktionen und bio­technologischen Prozessen in Echtzeit möglich wird. MIRPHAB leistet so einen wichtigen Beitrag auf dem Weg zur Fabrik der Zukunft und der Industrie 4.0.

Fh.-IAF / DE

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