ENGINEERINGNET.BE - TU Eindhoven heeft samen met ASML, ProDrive Technologies, SMART Photonics en Lionix Internationals, een nieuwe generatie optische sensoren ontworpen.
“Actieve optische sensoren sturen zelf licht uit. Via een lens wordt dit licht gefocust op een object en met het licht dat terugkomt kun je een object analyseren", aldus onderzoeker David De Vocht van TU Eindhoven.
"In veel industriële processen worden zulke optische sensoren gebruikt, om de kwaliteit, veiligheid en controle te verbeteren."
"Zo kun je bijvoorbeeld fijnstofdeeltjes detecteren in de lucht. Of ze zijn cruciaal voor semiconductor bedrijven om chips te produceren. Er moet steeds meer en nauwkeuriger gemeten worden. Daarom ontwikkelen we nieuwe technologie om sensoren kleiner en goedkoper te maken voor nog meer toepassingen.”
“We zijn aan de slag gegaan om minuscule optische onderdelen die een lichtstraal kunnen sturen, zoals lensjes en spiegeltjes, te integreren in een enkele optische chip. Gebogen lenzen nemen daarbij te veel ruimte in. De lensjes worden dus plat, met een dikte van enkele micrometers.”
Allemaal om de lichtstraal minutieus te kunnen sturen. De Vocht: “Wij hebben geprobeerd technologie te ontwikkelen om de op- en afritten van deze 'snelweg' zo efficiënt mogelijk te kiezen voor een goede doorstroming.”
In het lab werkte De Vocht aan een innovatieve oplossing om de lichtstraal te sturen met optische koppelaars. Hij gebruikte daar geen normale lenzen voor, maar golfgeleidershologrammen.
“We sturen op onze optische chips het laserlicht in een dunne golfgeleider, als een snelweg voor licht. Daarin hebben we een serie van nanostructuren gebouwd die kleinere afmetingen hebben dan de golflengte van het laserlicht. Hierdoor gelden de normale principes van de klassieke optica niet meer.
De positie van een nanostructuur bepaalt nu in welke richting het licht wordt gestuurd, de dikte hoe sterk de lichtstraal is. Zo hebben we een ultradunne component waardoor de lichtstraal niet alle kanten opgaat, maar netjes op de snelweg blijft. En, ook bijzonder, we kunnen dat met diverse kleuren licht.”
Naast veel experimenteel werk heeft De Vocht ook een model gemaakt hoe de miljoenen nanostructuren interacteren met licht, en op welke manier ze dat kunnen beïnvloeden.
“Met de bestaande software waren we dagen aan het rekenen hoe het licht wat we erin stuurden eruit kwam. Dankzij ons model kunnen we dat nu in enkele secondes, dat helpt enorm bij het sensorontwerp. De experimentele meetresultaten hebben we in een vervolgstudie kunnen vergelijken met de simulaties en die blijken heel goed overeen te komen.”
De bouwblokjes met golfgeleidershologrammen en spiegels kunnen uiteindelijk ingezet worden in kleine sensoren voor precisiemetingen. Zoals in gassensoren, die de hoeveelheid fijnstofdeeltjes in lucht kunnen bepalen.
