Le Fraunhofer IPMS développe des modulateurs spatiaux de lumière MEMS

L'Institut Fraunhofer pour les microsystèmes photoniques (IPMS) a perfectionné son portefeuille technologique de modulateurs spatiaux de lumière (SLM) afin de prendre en charge la modulation rapide d'amplitude et de phase dans la fabrication de semi-conducteurs, la microscopie médicale, le traitement des matériaux et l'informatique quantique. Fonctionnant sur des plages spectrales allant de l'ultraviolet profond (DUV) aux longueurs d'onde du proche infrarouge, la plateforme de systèmes microélectromécaniques (MEMS) contrôle les fronts d'onde optiques par la déviation de micromiroirs.

Architectures optiques et applications
Les modulateurs spatiaux de lumière manipulent les paramètres de front d'onde à l'échelle microscopique. En lithographie pour semi-conducteurs, des architectures de modulation compatibles DUV et UV façonnent les motifs laser afin d'optimiser l'exposition des plaquettes (wafers). En microscopie optique, des éléments de miroirs inclinables à axe unique offrent un éclairage sélectif et haute résolution des échantillons. Pour le traitement des matériaux par laser, des micromiroirs inclinables à deux axes redirigent l'énergie optique avec une atténuation minimale du faisceau pour améliorer le rendement de la découpe laser et de la modification de surface.

Pour le traitement de l'information quantique, les SLM génèrent des profils de faisceau holographiques dynamiques servant de pinces optiques pour confiner et organiser des réseaux d'atomes neutres. Dans les applications d'affichage holographique, des réseaux de miroirs à piston modulant la phase synthétisent de véritables fronts d'onde tridimensionnels sans dépendre d'indices de profondeur stéréoscopiques simulés.

Plateformes d'évaluation MEMS diffractives
Le Fraunhofer IPMS propose des kits d'évaluation permettant aux utilisateurs de valider des configurations de miroirs basculants et à piston vertical sur une plateforme matérielle et logicielle unifiée. Le kit comprend l'électronique de commande, un logiciel d'exploitation à prise en main rapide et une bibliothèque d'interface pour PC.

Le kit MEMS diffractif intègre une matrice de 256 × 256 micromiroirs basculants adressables individuellement, mesurant chacun 16 µm de côté. Chaque élément de miroir se déplace sur une plage analogique entre un alignement de base et un angle d'inclinaison défini afin de diriger la lumière incidente vers des ordres de diffraction spécifiques, tout en maintenant la compatibilité avec l'ultraviolet profond et des longueurs d'onde optiques supérieures.

« Un élément optique diffractif ne se contente pas de réfléchir la lumière comme un miroir classique. Sa structure spécialement conçue diffracte la lumière en l'envoyant dans des directions spécifiques », a déclaré le Dr Michael Wagner, responsable de l'unité commerciale Modulateurs spatiaux de lumière au Fraunhofer IPMS. « Notre composant MEMS diffractif comporte 256 × 256 éléments de miroirs inclinables adressables individuellement, d'une longueur d'arête de 16 micromètres chacun. Chaque miroir peut être déplacé indépendamment sur une plage quasi continue entre sa position initiale et une position inclinée définie. Cela permet d'orienter la lumière avec précision dans différentes directions. Le dispositif est adapté aussi bien à la lumière DUV qu'aux longueurs d'onde plus longues. »

« Nos kits d'évaluation permettent aux utilisateurs de valider la technologie SLM dans leur propre environnement applicatif. Pour des besoins spécifiques, nous développons des SLM sur mesure — de l'analyse initiale de faisabilité à la production pilote. Notre expertise couvre la conception, le développement de procédés et l'intégration système », a ajouté M. Wagner.




Démonstration lors de Photonix Japan 2026
Le Fraunhofer IPMS fera la démonstration de ses modulateurs spatiaux de lumière lors de Photonix Japan 2026, prévu du 30 septembre au 2 octobre 2026 à Makuhari, Chiba, Japon. Situé au stand 49-39 dans le hall 8, l'espace présentera les kits d'évaluation, des composants SLM haute performance et des maquettes de dispositifs encapsulés dans de l'acrylique. Patrick Recknagel présentera les principes de fonctionnement, les métriques de performance et les cas d'usage de la technologie dans les applications industrielles et de recherche.

Contexte supplémentaire
cette section détaille des spécifications techniques non incluses dans le communiqué de presse initial.

Les modulateurs spatiaux de lumière basés sur MEMS fabriqués sur des circuits CMOS (semiconducteur métal-oxyde complémentaire) atteignent des taux de rafraîchissement élevés par rapport aux modulateurs spatiaux de lumière à cristaux liquides sur silicium (LCoS), atteignant couramment des fréquences d'images et de modulation supérieures à 2 kHz jusqu'à 10 kHz. Dans les configurations laser de forte puissance et de lithographie DUV, les surfaces des micromiroirs sont généralement métallisées avec de l'aluminium pur ou des revêtements multicouches diélectriques pour résister aux charges thermiques continues et éviter la dérive de phase aux longueurs d'onde des lasers excimères, notamment 193 nm et 248 nm. Des structures d'actionnement électrostatique situées sous chaque pixel génèrent une course verticale ou une déviation angulaire par l'application de tensions analogiques individuelles entre la membrane du miroir et des électrodes d'adressage enfouies, maintenant une précision de course avec des tolérances sub-nanométriques. De plus, des facteurs de remplissage optique élevés — dépassant fréquemment 85 à 90 pour cent — minimisent les réflexions de fond non modulées et la diffraction de lumière parasite, des paramètres essentiels pour la stabilité du piégeage par pince optique et la combinaison de faisceaux laser cohérents.

Édité par Romila DSilva, rédactrice Induportals, avec assistance d'IA.