Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF hat ein teilautomatisiertes Fertigungsverfahren für resonant durchstimmbare Quantenkaskadenlasermodule (MOEMS-EC-QCLs) entwickelt. Die neue Lasertechnologie zeichnet sich durch eine sehr breite und schnelle spektrale Durchstimmbarkeit aus, was sie ideal für Echtzeitspektroskopie und Inline-Messsysteme macht. Das Verfahren senkt die Komplexität der Modulmontage deutlich und reduziert die Produktionskosten erheblich.
Vom 24. bis 27. Juni 2025 stellt das Fraunhofer IAF die neue Technologie auf der Laser World of Photonics in München vor. Im Zentrum steht ein Multikernsystem, das vier kombinierte Module vereint und durch Multiplexing eine effektive spektrale Messgeschwindigkeit von über einer Million Wellenzahlen pro Sekunde erreicht. Die Präsentation findet in Halle A3, Stand 431 statt.
Automatisierte Herstellung für industrielle Anwendungen
Resonant durchstimmbare Quantenkaskadenlaser im mittleren Infrarotbereich zählen zu den leistungsstärksten Lichtquellen für spektroskopische Verfahren. Ihre hohe Brillanz erlaubt schnelle und präzise Messungen. Bisher war die Herstellung durch manuelle Justierung sehr aufwendig. Das neue Verfahren des Fraunhofer IAF automatisiert zentrale Fertigungsschritte mithilfe eines Pick-and-Place-Systems, wodurch Zeit und Kosten erheblich reduziert werden.
Zusätzlich hat das Fraunhofer IPMS gemeinsam mit dem IAF ein skalierbares Konzept entwickelt, mit dem mehrere Module effizient kombiniert werden können. Durch diese Kombination komplementärer Spektralbereiche entsteht ein System mit erweitertem Anwendungsspielraum – insbesondere für inline-fähige Messtechniken in chemischen und pharmazeutischen Prozessen.
Spektroskopie mit Multikernsystemen
Da Einzellaser jeweils nur einen begrenzten Wellenlängenbereich abdecken, ist die Kombination mehrerer Module entscheidend für eine umfassende spektrale Analyse. Die daraus entstehenden Multikernsysteme ermöglichen effektive Messgeschwindigkeiten von über einer Million Wellenzahlen pro Sekunde – ein bedeutender Vorteil für Echtzeitanwendungen in der Prozessüberwachung.
Das MOEMS-EC-QCL-System deckt den mittleren Infrarotbereich von 4 bis 11 Mikrometern ab. Die hohe spektrale Brillanz und schnelle Abstimmung machen es vielseitig einsetzbar – etwa für Transmissions-, Rückstreu-, ATR-, Mikrofluidik- oder Point-of-Interest-Spektroskopie. Besonders für die pharmazeutische Industrie bietet das System neue Möglichkeiten zur Inline-Qualitätssicherung.
Quantenkaskadenlaser auf der Fachmesse in München
Die neue Technologie wird auf der Laser World of Photonics 2025 in München demonstriert. Am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle A3, Stand 431 zeigt das Fraunhofer IAF ein vollständiges Multikernsystem mit vier teilautomatisierten MOEMS-EC-QCL-Modulen und zugehöriger Peripherie. Die Lösung richtet sich auch an kleine und mittelständische Unternehmen, denen bislang der Zugang zu dieser Lasertechnologie verwehrt blieb.
Zu den potenziellen Anwendungsfeldern zählen die Halbleitermesstechnik, die chemische Prozesskontrolle, die Gefahrstoffdetektion sowie die Qualitätssicherung in der Pharmaindustrie. Die Möglichkeit, komplette Infrarotspektren innerhalb einer Millisekunde zu erfassen, eröffnet neue Perspektiven für Echtzeit-Messsysteme in industriellen Umgebungen.
Forschungspartnerschaft im Projekt AIRLAMet
Die technologische Entwicklung ist im Rahmen des vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt geförderten Projekts AIRLAMet entstanden. Ziel ist die Entwicklung eines elektro-optischen Messsystems für die Inline-Kontrolle dünner funktionaler Schichten in der Chipfertigung.
Projektpartner sind neben dem Fraunhofer IAF das Fraunhofer IPMS, die Sacher Lasertechnik GmbH und die sentronics metrology GmbH als Koordinatorin. Die Bereitstellung einer leistungsfähigen und zugleich kostengünstigen Laserlichtquelle in Form der MOEMS-EC-QCLs ist ein zentraler Schritt zur industriellen Umsetzung des Vorhabens.