Wellenleiterkoppler für die mikrointerferometrische Aktorregelung

Abstract:
Auf dem Gebiet der Mikroaktorik besteht zunehmendes Interesse an einer autarken, miniaturisierten Positionsregelung, um entsprechend kleine und leichte Sensoren bzw. Aktoren für neue Anwendungsfelder einsetzen zu können. Dabei werden messtechnische Konzepte untersucht, welche bekannte optische Sensorprinzipien wie das Mach-Zehnder-Interferometer zur Wegmessung für sehr kurze Leitungsstrecken verfügbar machen. Für die flexible Fertigung monomodiger Wellenleiter rückt dabei neben Polymerisations- und lithografischen Methoden zunehmend die Kurzpulslaserbasierte Brechzahlmodifikation amorpher transparenter Substrate wie Glas in den Mittelpunkt. Auf dieser Basis gefertigte Wellenleiterkoppler wurden optisch qualifiziert und ihre Integrationsmöglichkeit in ein Mikrointerferometer durch Adaption weiterer mikrooptischer Elemente untersucht. Das betrachtete System hat die Aufgabe, eine Mikroaktorposition mit 100 nm Auflösung zu erfassen. Als Messprinzip zur Positionsmessung eines Mikrolinearmotors kommt dabei ein Mach-Zehnder-Interferometer zum Einsatz, in dem die zwei ersten Ordnungen eines an einem Reflexionsgitter gebeugten cw-Laserstrahls interferieren. Bei seitlicher Gitterbewegung wird eine Dopplerfrequenzdifferenz als Schwebungssignal messbar, das sich als sinusoidale Intensitätsmodulation der Ausgangssignale erfassen läßt. Durch Verwendung eines integriert-optischen 3x3-Kopplers kann anhand ihrer optischen Phasenfolge neben dem Betrag der Bewegung auch ihre Richtung detektiert werden. Dieses Wegmessprinzip konnte bereits anhand eines herkömmlichen Faserkopplers demonstriert werden.