3D-gedrucktes Miniaturspektrometer für das sichtbare Spektrum mit einer Größe von 100 × 100 × 300 μm³

Die Miniaturisierung spektroskopischer Messsysteme eröffnet neuartige Informationskanäle für größenkritische Anwendungen wie die Endoskopie oder die Unterhaltungselektronik. Auf der Mikrometerskala wurden bereits Spektrometer demonstriert, die auf komplexen Rekonstruktionsalgorithmen basieren und damit kalibrierempfindlich sind. Demgegenüber wird hier ein 3D-gedrucktes Miniaturspektrometer vorgestellt, das ein direktes räumlich-spektral getrenntes Signal erzeugt. Das Spektrometer wird mittels Zwei-Photonen-Laserdirektschreiben in Kombination mit einem superfeinen Inkjet-Verfahren hergestellt. Verkippte asphärische Oberflächen und ein gechirptes Hochfrequenzgitter auf einer gekrümmten Oberfläche ermöglichen die beugungsbegrenzte Aufspaltung der Wellenlängen in einem Volumen von weniger als 100 × 100 × 300 μm³. Das Spektrometer verfügt über einen Wellenlängenbereich von 200 nm im sichtbaren Bereich von 490 nm bis 690 nm. Es hat eine spektrale Auflösung von 9,2 ± 1,1 nm bei 532 nm und 17,8 ± 1,7 nm bei einer Wellenlänge von 633 nm. Der direkte Druck dieses Spektrometers auf Kamerasensoren ist denkbar, etwa für den Einsatz als Makro-Pixel einer Snapshot-Hyperspektralkamera.