Im Projekt "Freiform-Monolithische Optiken" (FFM) unter Leitung von Prof. Dr. Jens Bliedtner werden innovative optische Bauteile, die mehrere Funktionen in einer monolithischen Struktur vereinen, erforscht. Diese speziellen Bauteile bestehen aus einem einzigen Stück Material und vereinen mehrere Funktionen, was sie kleiner, stabiler und leistungsfähiger macht.
Freiform-monolithische Optiken unterscheiden sich von herkömmlichen optischen Systemen durch ihre einzigartige Bauweise. Während traditionelle Optiken aus vielen separaten Komponenten bestehen, die zusammengefügt werden, integriert FFM mehrere optische und mechanische Funktionen in einem einzigen Bauteil. Diese Monolithen eliminieren Fehlerquellen, die durch mechanische Verbindungen entstehen, und bieten eine höhere Präzision in der Lichtsteuerung. Ein Beispiel dafür ist die Kombination von Mikro- und Makrooptiken, die durch neuartige Fertigungsverfahren ermöglicht werden.
Um diese neuartigen monolithischer Bauteile, Freiformoberflächen und Minioptiken herstellen zu können, werden moderne Techniken genutzt: Schleifbearbeitung mittels CNC-Anlagentechnik und computergestützter Fertigung, verschiedene Polierverfahren mittels CNC-Anlagentechnik, sowie das Ultra-Feinstschleifen für die Erzeugung eines duktilen Materialabtrags. Damit können hybride Abtragshypothese erzeugt werden, die die Herstellung der freiform-monolithischen Optiken ermöglichen. Mit der flexiblen, effizienten und nachhaltigen Gestaltung optischer Komponenten wird die Herstellung der nächsten Generation optischer Systeme ermöglicht.
Die entwickelten Optiken sind besonders relevant für fortschrittliche bildgebende Verfahren und Präzisionsinstrumente. Sie ermöglichen präzise Untersuchungen und Messungen auf kleinstem Raum. In der Medizintechnik können sie etwa in Endoskopen verwendet werden, um minimale Durchmesser bei gleichzeitig höchster Bildqualität zu erreichen. In der Raumfahrt bieten sie die Möglichkeit, optische Instrumente zu miniaturisieren, was für weltraumgestützte Beobachtungssysteme von großer Bedeutung ist. Zudem werden Anwendungen in der industriellen Prozesskontrolle erforscht, bei denen die Integration von optischen und mechanischen Funktionen in einem Bauteil entscheidende Vorteile bringt.
Im Mittelpunkt der Forschungsarbeit steht die Entwicklung neuer, hybrid geführter Fertigungsprozesse. Diese Prozesse kombinieren mechanische und laserbasierte Verfahren, um hochpräzise optische Oberflächen zu erzeugen. Ein Fokus liegt auf der Erforschung der Wechselwirkung zwischen mechanischen und thermischen Energieeinbringung während der Materialbearbeitung. Insbesondere die Entwicklung von laserbasierten Schleif- und Polierprozessen soll die Miniaturisierung der Optiken vorantreiben und ermöglicht optische Komponenten im Submillimeter-Bereich.
Ein weiteres zentrales Forschungsthema ist die Minimierung von sub-surface damage (SSD) bei der Bearbeitung harter, spröder Materialien wie Glas. Durch den Einsatz von Ultrakurzpulslasern sollen Schäden an der Materialoberfläche und darunterliegende Spannungen reduziert werden, was die Fertigung von optischen Bauteilen mit höchster Oberflächengenauigkeit ermöglicht.
Das FFM-Projekt profitiert von einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Experten aus den Bereichen Optik, Lasertechnologie und Materialwissenschaft. Nationale und internationale Forschungseinrichtungen sowie Industriepartner tragen durch ihr Fachwissen zur Weiterentwicklung der Herstellungsprozesse bei. So arbeitet das Projektteam unter anderem eng mit dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien und der Universität Jena zusammen, um die Forschungsergebnisse direkt in industrielle Anwendungen zu überführen.
Das übergeordnete Ziel des Projekts ist die Integration mehrerer optischer Funktionen in einem monolithischen Bauteil, das herkömmliche Technologien in Präzision und Kompaktheit übertrifft. Diese neuen Optiken eröffnen nicht nur in der Medizintechnik und Raumfahrt, sondern auch in der industriellen Fertigung neue Möglichkeiten. Das Projekt leistet somit einen bedeutenden Beitrag zur Weiterentwicklung der optischen Technologien und ebnet den Weg für zukunftsweisende Anwendungen in Wissenschaft und Technik.
Prof. Dr. Jens Bliedtner
E-Mail: jens.bliedtner@eah-jena.de
Adresse:
Ernst-Abbe-Hochschule Jena
Carl-Zeiss-Promenade 2
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Haus: 4
Raum: 04.03.04