Laserdioden erobern das Smartphone VCSEL Day 2018 an der Universität Ulm

Universität Ulm

Berührungslos tasten sie Gesichter ab, erkennen Gesten und erfassen Bewegungen. Vertikal emittierende Laserdioden sind heute allgegenwärtig. Die sogenannten VCSEL - die in Fachkreisen geläufige englische Abkürzung wird gesprochen wie "Wixel" - finden sich nicht nur in Smartphones und Computermäusen, sondern auch in hochautomatisierten Fahrzeugen und Fertigungsstraßen. Dieser besonderen Laserlicht-Technologie, die hochempfindlich und materialschonend zugleich ist, widmet sich der 11. VCSEL Day 2018. Die europäische Fachtagung findet vom 12. bis zum 13. April an der Universität Ulm statt.

"Am heutigen Boom dieser speziellen Laserdioden-Technologie sind Forscher der Universität Ulm nicht ganz unbeteiligt. Haben sie doch mit der erfolgreichen Ausgründung von `Ulm Photonics´ im Jahr 2000 den Grundstein gelegt für das Unternehmen `Philips Photonics´, das heute weltweit zu den führenden VCSEL-Herstellern gehört", erklärt Gastgeber Professor Rainer Michalzik, Gruppenleiter am Institut für Optoelektronik. Aus diesem Institut heraus war damals das Technologie-Start-Up gegründet worden. Beim VCSEL Day in Ulm geht es um aktuelle Entwicklungen, technische Herausforderungen sowie um Trends und neue Anwendungsmöglichkeiten für diese Technologie. Erwartet werden knapp hundert Teilnehmer aus ganz Europa, darunter Wissenschaftler sowie zahlreiche Experten und Interessenten aus Unternehmen.

Von der Datenübertragung bis zur Sensorik und Bildgebung

Oberflächenemitter, wie die Vertical-cavity surface-emitting laser auch genannt werden, wurden seit Mitte der 1990er Jahre vor allem zur Datenübertragung mit Glasfaserkabeln verwendet. Die zweite VCSEL-Welle kam nach der Jahrtausendwende: Mit dem Einsatz von VCSEL in optischen Computermäusen ließ sich schließlich ein neuer Massenmarkt erschließen. Eine dritte technologische Welle wurde ausgelöst durch die Verbreitung der Laser in Smartphones, aber auch durch neuere Entwicklungen wie dem Autonomen Fahren oder der Automatisierung von Industrieprozessen. "Vor allem aus der Sensorik und Bildgebung sind neue Impulse für die Laserdioden-Forschung zu erwarten", sagt Michalzik.

30 000 Infrarotpunkte für die Gesichtserkennung 

"Wer ein neues iPhone X hat, hält bereits ein ganz aktuelles Beispiel dafür in Händen", so der Optoelektronik-Experte. Denn für die Nutzeridentifizierung wird mit FaceID ein Verfahren zur Gesichtserkennung eingesetzt, das auf diesen modernen Laserdioden basiert. Dafür werden etwa 30 000 Infrarotpunkte auf das Gesicht projiziert, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Eine Kamera erfasst die Verzerrung des Punktmusters, und komplexe Algorithmen bestimmen daraus die Form des Gesichts als dreidimensionales Höhenprofil. Und weil diese technischen Hochleistungssysteme - dank Nanomaterialien und Miniaturbauweise - mittlerweile so klein und kompakt sind, passt das Ganze sogar noch immer in die Hosentasche.

Für die Zukunft sind ebenfalls vielversprechende Anwendungen denkbar: Schon jetzt forschen Wissenschaftler an Systemen, in denen farbig strahlende VCSEL Informationen als Lichtreize direkt ins Auge projizieren. Bereits auf der Netzhaut werden dann virtuelle und echte Bilder verschmelzen.

Text und Medienkontakt: Andrea Weber-Tuckermann

Ein VCSEL zur optischen Datenübertragung (rot leuchtender Punkt) und eine davor positionierte Glasfaser. Mit einem Durchmesser von einem Achtel Millimeter ist die Faser nur etwa 50 % dicker als ein menschliches Haar. Der Laserstrahl selbst ist dünner als ein Zehntel eines Haares. Über die strukturierte Goldoberfläche wird der VCSEL mit Strom versorgt. Die beiden Messspitzen dienen zum Testen der Laser im Labor (Foto: Institut für Optoelektronik / Uni Ulm)
Ein Halbleiter-Chip bestehend aus 4 vertikal emittierenden Laserdioden (VCSEL) im Größenvergleich mit normalen Salzkörnern sowie dem Salzkorn einer Brezel (Abbildung: Institut für Optoelektronik / Uni Ulm)