Femtosekunden-Laserbearbeitung, Mikrostrukturierung von transparenten Polymeren für Lab-on-Chip-Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Morgner
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468452038

In den letzten Jahren ist es der Gruppe am IQ gelungen, mittels intensiver lokalisierter Femtosekundenlaser-Bestrahlung Materialmodifikationen und dadurch lokale Brechungs-indexerhöhungen im Inneren von Polymersubstraten und -folien zu demonstrieren und diese Technik als reproduzierbares und verlässliches Verfahren zu etablieren. Es konnten Wellenleiter unterschiedlicher Art mit einmodigen Dämpfungswerten bis unter 0.5 dB/cm demonstriert werden. Damit konnten alle bisherigen Literaturwerte um fast eine Größenordnung unterboten werden. Das neue Projekt legt den Fokus auf den praktischen Einsatz der Femtosekunden-Wellenleiter und die Realisierung neuartiger komplexer Wellenleiterstrukturen unter Berücksichtigung der vollen 3D-Fähigkeit des Prozesses. Durch Strahllagenstabilisierung beim Schreiben sollen die Propagations-Streuverluste weiter reduziert werden, durch Einsatz eines transversalen Phasenmodulators (SLM) im Schreibstrahl eine softwaregesteuerte Fokusformung realisiert werden. Damit wird simultanes Femtosekunden-Schreiben mit mehreren neben- und untereinander liegenden Foki realisiert. Durch Änderung der Phasenmaske am SLM während des Schreibprozesses können in einem Zug komplexe 2D- und 3D-Kopplerstrukturen realisiert werden. Am Ende stehen erste Schritte zu einem „mobile lab“, der auf einer prozessierten Polymerfolie basiert, die transparent über das Display eines Smartphones/Tablets gelegt wird. Ein Netzwerk von in der Folie verlaufenden Wellenleitern wird vom Display individuell mehrfarbig gespeist und transportiert das Licht bis zur Frontkamera, wo es empfindlich und farbaufgelöst nachgewiesen wird. Auf der Folie ortsverteilte Sensoren könnten auf diese Weise flexibel ausgelesen werden. Weiterhin können mit demselben FemtosekundenlaserSchreibaufbau hohle Kapillaren in Polymersubstrate als mikrofluidische Kanäle geschrieben werden. Kombiniert mit den optischen Wellenleitern entsteht in einem Produktionsschritt ein individuelles integriertes Lab-on-a-Chip.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen