F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K E R A M I S C H E T E C H N O L O G I E N U N D S Y S T E M E I K T S

G E S C H Ä F T S F E L D

OPTIK

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OPTIKIm Geschäftsfe ld »Optik« bietet das Fraunhofer IKTS keramische Mater ia l ien, Komponenten und Systeme

für Beleuchtung, Mediz in- und Lasertechnik, opt ische Mess- und Diagnosesysteme sowie Schutz-

anwendungen.

Optische Technologien sind Innovations- und Wachstums-

treiber. Dies gilt für die Beleuchtung, etwa bei ressourcen-

schonenden LEDs, aber auch für minimalinvasive medizinische

Diagnosesysteme oder berührungslose Messgeräte. Das

Fraunhofer IKTS transferiert wissenschaftliches Grundlagen-

Know-how mit Hilfe von wettbewerbsfähigen Technologien

in Produkte mit hoher Performance und Zuverlässigkeit. Diese

Technologiekette beginnt beim Werkstoff und endet bei der

Integration in komplexe Systeme.

Seit Jahren ist das Fraunhofer IKTS weltweit führend in der

Herstellung von transparenten Schutzkeramiken mit besonders

feinkristallinem Gefüge und äußerst guten mechanischen

Eigenschaften. Diese polykristallinen Keramiken haben eine

derart hohe Qualität, dass sie für optische oder photonische

Anwendungen einsetzbar sind, die eine hohe optische

Homogenität und mechanische Belastbarkeit bei gleichzeitig

minimalem Absorptions- und Streuverlust aufweisen müssen.

Phasensynthese und gezielte Dotierungen führen dagegen zu

optisch aktiven Materialien, bei denen eine hohe Quanten-

ausbeute, thermische Stabilität des Farbraums oder lange

Abklingzeiten entscheidende Parameter darstellen. Durch

die Kombination des Know-hows von Transparentkeramiken

mit der maßgeschneiderten Pulversynthese entstehen am

Fraunhofer IKTS aktive Optokeramiken mit einer homogenen

Verteilung der Dotanden in der keramischen Matrix. Diese

Bauteile haben sowohl aktive als auch gute mechanische und

thermische Eigenschaften und finden vielfältige Verwendung

in der Optoelektronik. Von zunehmender Bedeutung für das

Geschäftsfeld sind optische Systeme, die nicht auf Transmis-

sion, sondern auf Reflexion beruhen und als Hochleistungs-

komponenten in der Laser- und Weltraumtechnik eingesetzt

werden.

Für die schnelle und kostengünstige Zustandsdiagnose von

Materialien, Baugruppen sowie industriellen und biomedi-

zinischen Prozessen bieten optisch basierte Verfahren ein

besonderes Potenzial. Überall, wo berührungsfrei gemessen

werden muss oder extreme Bedingungen vorherrschen,

können optische Verfahren ihre Vorteile ausspielen. Am

Fraunhofer IKTS werden etablierte und neue Methoden ent-

wickelt und nach Anforderungen des Kunden als Gesamt-

system in den jeweiligen Prozess integriert. Neben Verfahren

auf Basis der Licht-Materie-Wechselwirkung stellen optisch

aktive Nanosensoren einen Schwerpunkt in der Entwicklung

optischer Mess- und Diagnosesysteme dar.

Lichtsysteme

Lichtsysteme auf Basis sogenannter Festkörperbeleuchtung

(Solid-State Lighting) haben in zahlreichen Bereichen der

Innen-, Außen- und Fahrzeugbeleuchtung bereits die kommer-

zielle Reife erreicht. LEDs (Light-Emitting Diodes) und OLEDs

(Organic Light-Emitting Diodes) überzeugen aufgrund ihrer

vielfach höheren Energieeffizienz als umweltschonende und

wirtschaftliche Technologien.

Am Fraunhofer IKTS werden komplette Lösungen für Festkör-

per-Lichtquellen vom keramischen Werkstoff, über Chips und

Konverter bis zum Gehäuse erarbeitet. Modernste keramische

Fertigungstechnologien ermöglichen innovative Konzepte für

das Temperatur- und Abwärmemanagement, um integrierte

und hochleistungsfähige Module bis zum semiindustriellen

Maßstab fertigen zu können. Ausgehend von einer langjäh-

rigen Kompetenz in der Synthese von keramischen Leucht-

stoffpulvern, der Fertigung optokeramischer Komponenten

und der Verbesserung optischer Systeme durch funktionale

Beschichtungen besitzt das Fraunhofer IKTS ein umfassendes

Werkstoff-, Prozess- und Systemwissen. Im Mittelpunkt stehen

dabei alle Techniken, um Lichtausbeute und Langlebigkeit zu

erhöhen und Herstellkosten zu senken.

Optik und Lasertechnik

Optik und Lasertechnik haben als Querschnittstechnologien zu

zahlreichen Innovationen in der Nachrichtentechnik, Material-

bearbeitung oder Medizintechnik geführt. Je anspruchsvoller

die Einsatzbereiche sind, desto höher sind auch die Anfor-

derungen an Materialien, Komponenten und Systeme. Das

Fraunhofer IKTS bringt daher seine keramische Werkstoff-,

Fertigungs- und Systemkompetenz in zahlreichen Anwen-

dungsfeldern ein, um optische Systeme und Laser effizienter,

kleiner und kostengünstiger zu gestalten. Im Mittelpunkt ste-

hen dabei die außergewöhnlichen optischen, mechanischen,

chemischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften der

Keramik, welche je nach Werkstoffsystem und Aufbereitung

zum Einsatz kommen.

Die Forscher entwickeln transmittierende und reflektierende

keramische Komponenten für Spiegel, Filter und Strahlum-

formungssysteme mit hoher Steifigkeit und Stabilität sowie

geringem Gewicht. Langjährige Erfahrung und technische

Ausstattung für die Präzisionsbearbeitung erlauben eine

Auslegung und Fertigung von Komponenten nach höchsten

Ansprüchen an Qualität und Lebensdauer. Das Fraunhofer

IKTS bietet darüber hinaus Lösungen im Bereich mikro-

mechanischer Stellsysteme für Spiegel und Mikrooptiken auf

Basis funktionskeramischer Piezowerkstoffe. In Verbindung

mit einem umfassenden Know-how in der Dickschicht- und

2

ANWENDUNGSBEREICHE

3

1 UV-LED-Array mit eingesetz-

tem Reflektorrahmen.

2 QR-Code auf Basis kerami-

scher Leuchtstoffe zur Char-

genverfolgung unter extremen

Prozessbedingungen.

3 Schmuck- und Design-

keramiken.

4 Transparentkeramik für opti-

sche und Schutzanwendungen.

4

Multilayertechnologie können so miniaturisierte optische und

optomechanische Systeme realisiert werden, für die sich vom

Werkstoff bis zur Integration ins Gesamtsystem alle relevan-

ten Wertschöpfungsschritte abbilden lassen.

Optische Mess- und Diagnosesysteme

Mit Hilfe von optischen Verfahren lassen sich Material-, Ober-

flächen- und Volumeneigenschaften von Bauteilen und Pro-

dukten schnell und berührungsfrei erfassen. Am Fraunhofer

IKTS werden daher optische Technologien für die industrielle

Messtechnik und die Medizintechnik in Form von integrierten

Prüf- und Diagnosesystemen nutzbar gemacht. Im Fokus steht

dabei zum einen die Qualitätssicherung von Produktions-

prozessen, etwa im Maschinen- und Anlagenbau, in der

Automobilindustrie oder in der Mikroelektronik. Zum anderen

befasst sich das Fraunhofer IKTS mit photonischen Systemen

für die medizinische Diagnostik, Umweltanalytik und Schad-

stoffsensorik.

Transparenter Schutz

Transparente Schutzkeramiken ermöglichen es, zivile und

militärische Personen, Fahrzeuge und Ausrüstungen mit

maximaler Ballistikschutzwirkung bei minimalem Gewicht

auszustatten. Aufbauend auf einer langjährigen Kompetenz

in der Werkstoffsynthese und -aufbereitung entwickelt das

Fraunhofer IKTS transparente und opake Keramiken und

komplexe Keramik-Backing-Verbünde. Im Mittelpunkt der

Forschung stehen dabei kostengünstige Werkstoff- und Ver-

arbeitungstechnologien, mit denen sich Keramiken für einen

Einsatz in Sicherheits- und Industrieanwendungen qualifizie-

ren lassen. In enger Kooperation mit dem Fraunhofer EMI

bietet das Fraunhofer IKTS die Möglichkeit, neue Entwick-

lungen direkt in einsatznahen Szenarien zu testen und zu

validieren.

Schmuck- und Designkeramiken

Dass Keramik neben den außergewöhnlichen mechanischen

Eigenschaften auch durch ihre optische Erscheinung überzeu-

gen kann, zeigen transparente und nichttransparente kera-

mische Schmuck- und Designelemente. Das Fraunhofer IKTS

stellt Produktgestaltern, Designern und Kreativschaffenden

einen herausragenden Werkstoff mit höchster Kratzfestigkeit

und exklusivem Aussehen zur Verfügung, um überraschende

und einzigartige Ideen zu verwirklichen.

KOMPETENZENWerkstoffe und Oberflächen

- Pulversynthese für optische Anwendungen

- Verarbeitung von Leuchtpulvern zur keramischen Konverterscheiben

- Transparentkeramische Werkstoffe (z. B. Al2O3, MgAl2O4, ZrO2, Y2O3, YAG)

- Sinter- und Fügegläser

- Verarbeitung von Leuchtstoffen in Polymerkompositen, (semi-)transparenten Optokera-

miken, Pasten und Tinten

- Amorphe, nano- und mikrokristalline transparente Funktionsschichten

- Plasmonische Strukturen im sichtbaren und IR-Bereich

- Charakterisierung von optischen Eigenschaften (Photolumineszenz, Quantenausbeute,

Abklingzeiten, Total- und Inlinetransmission)

- Hochskalieren bis in den halbindustriellen Maßstab

Komponentenentwicklung

- Ein- und mehrphasige oxid- und nichtoxidkeramische Komponenten für transmittierende

und reflektierende Anwendungen

- Optomechanische Komponenten (Sensorik, Aktorik, Spiegel-, Filter-, Strahlumformungs-

komponenten)

- Auslegung und Fertigung von Musterbauteilen auf Basis der keramischen Technologie

(Trockenpressen, Schlickerguss, Gel-Casting, Spritzguss)

- Optoelektronische Kernkomponenten

- Charakterisierung und Untersuchung zum Verhalten im technischen Einsatz

Optische Mess- und Diagnoseverfahren

- Qualifizierung optischer Verfahren für den Einsatz in industrieller Mess- und Medizintechnik

- 2D- und 3D-Bildgebung

- Bestimmung von Materialparametern

- Optische Mikro- und Nanostrukturen

Systementwicklung

- Entwurf, Auslegung und Fertigung optischer Mess- und Diagnosesysteme

- Hardwareentwicklung (Kernkomponenten, Elektronik), Software und Algorithmen

- Hybride Integration für optische, optoelektronische und optomechanische Systeme

- Aufbau- und Verbindungstechnik

- Mikromontage und Systemintegration

- Prozess- und Anlagenintegration

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5 Optische Spektroskopie und

Diagnostik.

KURZPORTRÄT DESFRAUNHOFER IKTSDas Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS betreibt anwen-

dungsorientierte Forschung für Hochleistungskeramik. Die drei Institutsteile in Dresden

und Hermsdorf (Thüringen) formen gemeinsam das größte Keramikforschungsinstitut

Europas.

Als Forschungs- und Technologiedienstleister entwickelt das Fraunhofer IKTS moderne

keramische Hochleistungswerkstoffe, industrierelevante Herstellungsverfahren sowie

prototypische Bauteile und Systeme in vollständigen Fertigungslinien bis in den Pilotmaß-

stab. Das Institut arbeitet in acht marktorientierten Geschäftsfeldern, um keramische

Technologien und Komponenten für neue Branchen, neue Produktideen und neue Märkte

jenseits der klassischen Einsatzgebiete zu demonstrieren und zu qualifizieren. Dazu gehö-

ren keramische Werkstoffe und Verfahren, Maschinenbau und Fahrzeugtechnik, Elektronik

und Mikrosysteme, Energie, Umwelt- und Verfahrenstechnik, Bio- und Medizintechnik,

Optik sowie die Material- und Prozessanalyse.

Der Institutsteil Materialdiagnostik erweitert das Forschungsportfolio um die Kompetenzen

Werkstoffdiagnose und -prüfung. Die Prüfverfahren aus den Bereichen Akustik, Elektro-

magnetik, Optik, Mikroskopie und Strahltechnik tragen maßgeblich zur Qualitätssicherung

von Produkten und Anlagen bei.

KONTAKTGeschäftsfeld

Optik

Dr. Isabel Kinski

Fraunhofer-Institut für

Keramische Technologien

und Systeme IKTS,

Institutsteil Hermsdorf

Michael-Faraday-Straße 1,

07629 Hermsdorf

Tel. +49 36601 9301-3931

isabel.kinski@

ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

TITELBILD Seltenerd-

dotiertes Strontiumaluminat

bei Bestrahlung mit UV-Licht

von 366 nm Wellenlänge.