Opto-mechanische Grenzen der zylindrischen Optofluidik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Projekts war die Erforschung der Grenzen der optischen Performance von optofluidischen Abbildungssystemen. Basierend auf den Ergebnissen dieser Forschung wurden mehrere optische Demonstratoren konzipiert, darunter optische Abbildungssysteme mit reduzierter Aktuierungsspannung, ein drehbares Prisma mit gleichzeitiger Strahlformung und eine optische Abbildungskomponente mit integrierter Kontrolle von Aberrationen höherer Ordnung. Die in diesem Projekt verwendete und weiterentwickelte röhrenförmige optofluidische Technologie basierte auf der kontrollierten Aktuiering zahlreicher nicht mischbarer Flüssigkeiten mit genau definierten Brechungsindizes und Dichten, die in einem vollständig mit Flüssigkeit gefüllten zylindrischen Rohr verpackt sind. Die Betätigung und kontrollierte Verformung der optischen Grenzflächen erfolgte durch Elektrobenetzung und wurde durch angelegte Spannungen an einer strukturierten Folie auf der Innenseite des Rohrs gesteuert. Der Schlüssel zu einer verbesserten Aberrationskontrolle und einer präziseren Manipulation der flüssigen Phasenfronten für eine hochfrequente Wellenfrontmodulation war die Realisierung einer hohen Elektrodendichte im Inneren dieser Fluidikröhre. Eine detaillierte Analyse der Hydrostatik des Systems wurde durchgeführt und ein detailliertes Design der Flüssigkeits/Flüssigkeits- und Flüssigkeits/Oberflächen-Grenzflächen ermöglichte die Realisierung eines Systems mit 64 azimutal verteilten Elektroden. Dieses System wurde anschließend verwendet, um die Grenzen der Definition der optischen Phasenfronten bei hohen Raumfrequenzen zu bestimmen. Für die Hochgeschwindigkeitsansteuerung von fluidischen Bildgebungs- und Scansystemen wurden neue flüssige und dielektrische Grenzflächenmaterialien eingesetzt, um die Spannungs- und elektrischen Feldverteilungen zu optimieren und die Zeitkonstanten für die Ansteuerung zu verringern. Als Demonstratoren für leistungsstarke Bildgebungs- und Scansysteme, die ausschließlich aus Flüssigkeiten bestehen, wurden ein optischer 360-Grad-Scanner ohne mechanisch bewegte Teile mit integrierter optischer Strahlformung und ein aberrationskorrigiertes, abstimmbares Linsensystem realisiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Accelerated electrowetting-based tunable fluidic lenses. Optics Express, 29(10), 15733.
Zhao, Pengpeng; Li, Yang & Zappe, Hans
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Simultaneous beam steering and shaping using a single-interface optofluidic component. Journal of Optical Microsystems, 1(04).
Sauter, Daniel; Sieben, Merit; Zhao, Pengpeng & Zappe, Hans
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Tunable fluidic lens with a dynamic high-order aberration control. Applied Optics, 60(18), 5302.
Zhao, Pengpeng; Sauter, Daniel & Zappe, Hans
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Design of an all-liquid anamorphic imaging device. EPJ Web of Conferences, 266, 12006.
Sauter, Daniel; Zhao, Pengpeng & Zappe, Hans
