Bragg-Gitter-Sensoren auf der Basis von Hybridpolymeren – Grundlegende Untersuchungen und Realisierung

Bragg-Gitter-Sensoren auf der Basis von Hybridpolymeren - Grundlegende Untersuchungen und Realisierung

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Titel des Gesamtprojektes:
Projektleitung: Lothar Frey
Projektbeteiligte:
Projektstart: 1. Oktober 2013
Projektende:
Akronym: FR 713/10-2
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL:

Abstract

Ziel des hier beantragten Vorhabens mit dem Titel - Bragg-Gitter-Sensoren auf der Basis von Hybridpolymeren - ist die Entwicklung eines neuen Herstellungsverfahrens für photonische Strukturen und Bauelemente. Aus technologischer Sicht neu ist dabei der Einsatz der UV-gestützten substratkonformen Imprintlithografie (UV-SCIL) zur großflächigen Herstellung dreidimensionaler photonischer Strukturen in Hybridpolymeren kombiniert mit dem UV-gestützten Einschreiben von Bragg-Gittern in die vorstrukturierten Elemente. Dies ermöglicht die Herstellung von planaren Bragg-Gitter-Sensoren in dreidimensionalen photonischen Schaltungen mit nur zwei wesentlichen Prozessschritten. Zudem ist bei den Schaltungskomponenten durch den Einsatz von UV-SCIL eine sehr geringe Oberflächenrauigkeit und damit eine geringe Dämpfung sowie eine sehr hohe Genauigkeit der Strukturen zu erwarten. Im Rahmen des Vorhabens werden exemplarisch optische Wellenleiter, Koppler und vor allem integrierte Bragg-Gitter realisiert, zu einem Sensorelement kombiniert und für sensorische Aufgaben qualifiziert. Die hergestellten Demonstratoren eignen sich dabei beispielsweise zur Gasdetektion. Ein weiterer Schwerpunkt des Vorhabens liegt auf materialwissenschaftlichen Untersuchungen. So werden insbesondere die chemischen Prozesse identifiziert, die zur UV-induzierten Brechzahlmodifikation in den Hybridpolymeren führen und der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die Eigenschaften photonischer Bauelemente aus dieser Materialklasse untersucht. Komplettiert werden diese experimentellen Arbeiten durch eine vollständige Simulation des Einschreibevorgangs der Bragg-Gitter.

Publikationen

• Girschikofsky MG., Förthner M., Rommel M., Frey L., Hellmann R.:
  Fabrication of Bragg grating sensors in UV-NIL structured Ormocer waveguides
  Integrated Optics: Devices, Materials, and Technologies XXI 2017
  DOI: 10.1117/12.2249665
• Girschikofsky MG., Förthner M., Rommel M., Frey L., Hellmann R.:
  Bragg gratings in imprinted Ormocer® waveguides
  24th International Conference on Plastic Optical Fibers, POF 2015
  URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=84964659470&origin=inward
• Girschikofsky MG., Rosenberger M., Förthner M., Rommel M., Frey L., Hellmann R.:
  Waveguide Bragg Gratings in Ormocer®s for Temperature Sensing
  In: Sensors 17 (2017), Art.Nr.: 2459
  ISSN: 1424-8220
  DOI: 10.3390/s17112459
• Förthner M., Papenheim M., Rumler M., Stumpf F., Baier L., Rommel M., Scheer HC., Frey L.:
  Polymerization related deformations in multilayer soft stamps for nanoimprint
  In: Journal of Applied Physics 122 (2017), Art.Nr.: 165305
  ISSN: 0021-8979
  DOI: 10.1063/1.5001463
• Förthner M., Rumler M., Stumpf F., Fader R., Rommel M., Frey L., Girschikofsky M., Belle S., Hellmann R., Klein JJ.:
  Hybrid polymers processed by substrate conformal imprint lithography for the fabrication of planar Bragg gratings
  In: Applied Physics A-Materials Science & Processing 122 (2016)
  ISSN: 0947-8396
  DOI: 10.1007/s00339-016-9767-6