Entwicklung mikrooptischer Komponenten für den Einsatz in miniaturisierten optischen Gyroskopen
Thalke Niesel
Die Entwicklung geeigneter Systeme zur Erforschung unbekannter Territorien, sei es auf der Erde oder im Weltraum, umfasst eine breite Palette von Forschungsgebieten. Im Weltraum wird diese Aufgabe in der Regel mit Raumsonden und semi-autonomen Explorationsfahrzeugen wie den beiden NASA Mars Rover, „Spirit“ und „Opportunity“ durchgeführt. Autonome oder halbautonome Roboter, Fahrzeuge oder Luftfahrzeuge werden auch für Erkundungsmissionen auf der Erde eingesetzt. Ihre Zielorte sind oft schwer zugänglich und machen eine Miniaturisierung und kompaktes Design unentbehrlich. Besonders bei autonomen Flugobjekten reduziert jedes zusätzliche Gramm die Reichweite und die Nutzlast. Für die Navigation dieser Systeme ist eine zuverlässige und präzise Entscheidungsgrundlage unerlässlich. Die Entwicklung von angepassten Ortungsmethoden für autonome Systeme ist daher Gegenstand zahlreicher Forschungsprojekte. Inertiale Navigation mit Beschleunigungssensoren und Gyroskopen ist in vielen Anwendungen ein wesentlicher Bestandteil. Das Feld der Luft- und Raumfahrt lieferte die Hauptmotivation für diese Dissertation.
Mit der Idee, ein optisches Gyroskop für die Luft- und Raumfahrt zu miniaturisieren, wurden die hierfür benötigten optischen Komponenten und Fertigungsabläufe entwickelt. Hauptbestandteil sind geätzte Siliziumspiegel aus speziell gekippten Siliziumwafern mit einem 60°-Ätzwinkel. Zusätzlich wurden diverse Bauelemente der integrierten Optik wie Y-Teiler und Näherungskoppler zur Lichtführung und Aufbereitung aus dem epoxidbasierten Fotolack SU-8 und dem optischen Materialsystem OrmoCore/OrmoClad hergestellt und auf ihre Eignung in einem Gyroskop untersucht. Zur Integration dieser Komponenten in einem System wurden mikrooptische Tische und Klemmeinheiten entwickelt.
