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
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ANWENDUNGSBEREICHE
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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.
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