Fraunhofer IPMS sviluppa modulatori spaziali di luce MEMS

L'Istituto Fraunhofer per i Microsistemi Fotonici IPMS ha perfezionato il proprio catalogo tecnologico di modulatori spaziali di luce (SLM) per supportare la modulazione di ampiezza e fase ad alta velocità nella produzione di semiconduttori, nella microscopia medica, nella lavorazione dei materiali e nell'informatica quantistica. Operando su regioni spettrali che spaziano dall'ultravioletto profondo (DUV) alle lunghezze d'onda del vicino infrarosso, la piattaforma basata su sistemi microelettromeccanici (MEMS) controlla i fronti d'onda ottici attraverso la deflessione di microspecchi.

Architetture ottiche e applicazioni
I modulatori spaziali di luce manipolano i parametri del fronte d'onda a scala microscopica. Nella litografia per semiconduttori, architetture di modulazione compatibili con DUV e UV sagomano i profili laser per ottimizzare l'esposizione dei wafer. Nella microscopia ottica, elementi speculari orientabili su un singolo asse offrono un'illuminazione del campione selettiva e ad alta risoluzione. Per la lavorazione laser dei materiali, microspecchi orientabili su due assi reindirizzano l'energia ottica con una minima attenuazione del raggio, incrementando la resa nel taglio laser e nella modifica delle superfici.

Nell'elaborazione delle informazioni quantistiche, gli SLM generano profili di raggio olografici dinamici che fungono da pinzette ottiche per intrappolare e organizzare matrici di atomi neutri. Nelle applicazioni per display olografici, matrici di specchi a pistone con modulazione di fase sintetizzano autentici fronti d'onda tridimensionali senza fare affidamento su riferimenti stereoscopici simulati di profondità.

Piattaforme di valutazione MEMS diffrattive
Il Fraunhofer IPMS offre kit di valutazione che consentono agli utilizzatori di validare sia configurazioni di specchi basculanti sia a pistone verticale su una piattaforma hardware e software unificata. Il kit include l'elettronica di controllo e pilotaggio, il software operativo ad avvio rapido e una libreria di interfaccia per PC.

Il kit MEMS diffrattivo integra una matrice di 256 × 256 microspecchi orientabili indirizzabili singolarmente, ciascuno con una dimensione laterale di 16 µm. Ciascun elemento speculare si sposta entro un intervallo analogico tra l'allineamento di base e un angolo di inclinazione stabilito per convogliare la luce incidente in specifici ordini di diffrazione, mantenendo la compatibilità con l'ultravioletto profondo e lunghezze d'onda ottiche maggiori.

«Un elemento ottico diffrattivo non si limita a riflettere la luce come uno specchio convenzionale. La sua struttura appositamente studiata diffonde la luce indirizzandola verso direzioni specifiche», ha dichiarato il Dr. Michael Wagner, Responsabile dell'Unità Operativa Modulatori Spaziali di Luce presso il Fraunhofer IPMS. «Il nostro dispositivo MEMS diffrattivo presenta 256 × 256 elementi speculari basculanti indirizzabili singolarmente, ciascuno con un lato di 16 micrometri. Ciascun elemento può essere mosso in modo indipendente lungo un intervallo pressoché continuo tra la posizione iniziale e una posizione inclinata definita. Questo permette di indirizzare la luce con precisione in diverse direzioni. Il dispositivo è adatto sia alla luce DUV sia a lunghezze d'onda superiori.»

«I nostri kit di valutazione consentono agli utilizzatori di validare la tecnologia SLM nel rispettivo ambiente applicativo. Per esigenze specifiche sviluppiamo SLM personalizzati, dall'analisi iniziale di fattibilità alla produzione pilota. Le nostre competenze spaziano dalla progettazione allo sviluppo dei processi fino all'integrazione di sistema», ha aggiunto Wagner.




Dimostrazione espositiva a Photonix Japan 2026
Il Fraunhofer IPMS mostrerà i propri modulatori spaziali di luce a Photonix Japan 2026, in programma dal 30 settembre al 2 ottobre 2026 a Makuhari, Chiba, Giappone. Presso lo stand 49-39 nel padiglione 8, l'esposizione comprenderà i kit di valutazione, componenti SLM ad alte prestazioni e modelli di dispositivi incapsulati in acrilico. Patrick Recknagel illustrerà i principi operativi, i parametri prestazionali e i casi d'uso della tecnologia per le applicazioni industriali e di ricerca.

Contesto aggiuntivo
questa sezione descrive specifiche tecniche non incluse nel comunicato stampa originale.

I modulatori spaziali di luce basati su MEMS fabbricati su backplane a semiconduttore metallo-ossido complementare (CMOS) raggiungono frequenze di aggiornamento elevate rispetto ai modulatori spaziali di luce a cristalli liquidi su silicio (LCoS), attestandosi regolarmente su frame rate e frequenze di modulazione superiori a valori compresi tra 2 kHz e 10 kHz. Negli apparati per laser ad alta potenza e litografia DUV, le superfici dei microspecchi sono tipicamente metallizzate con alluminio puro o rivestimenti dielettrici multistrato per resistere a carichi termici continui ed evitare derive di fase a lunghezze d'onda per laser ad eccimeri, inclusi 193 nm e 248 nm. Le strutture di attuazione elettrostatica sotto ogni pixel generano una traslazione verticale o una deflessione angolare applicando tensioni analogiche individuali tra la membrana dello specchio ed elettrodi di indirizzamento interrati, preservando una precisione di corsa fino a tolleranze sub-nanometriche. Inoltre, gli elevati fattori di riempimento ottico — spesso superiori all'85-90 percento — riducono al minimo le riflessioni di fondo non modulate e la diffrazione della luce parassita, parametri critici per la stabilità di cattura delle pinzette ottiche e la combinazione coerente di fasci laser.

A cura di Romila DSilva, redattrice di Induportals, con assistenza dell'IA.