Fördermaßnahme: Photonik nach Maß - Funktionalisierte Materialien und Komponenten für optische Systeme der nächsten Generation, Laufzeit 01.09.2017 - 31.07.2021

Vom Automobil über das Notebook bis hin zu Industrieanlagen und Unterhaltungselektronik sind optische Bauteile – sowohl in großen Stückzahlen hergestellte als auch aufwändige, ultrapräzise Spezialkomponenten – ein unverzichtbarer Bestandteil unserer modernen Welt. Für Wachstumsmärkte wie die Medizintechnik, die Umweltanalytik oder das autonome Fahren liefern sie wesentliche technische Grundlagen.

 

Die Befähigung, optische Komponenten auf Grundlage elementarer physikalischer Prinzipien der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie zu verstehen und zu simulieren, eröffnet aktuell die Möglichkeit, völlig neue optische Funktionselemente zu konzipieren.

 

Die langfristige Zielsetzung liegt darin, das Licht maßgeschneidert auf nahezu jede erdenkliche Art formen und lenken zu können. Gleichzeitig sollten die Optikkomponenten einen minimalen Bauraum einnehmen und zu möglichst geringen Kosten produzierbar sein. Letztlich gilt es, Komponenten und Bauelemente in einem ganzheitlichen Design zusammenzuführen.

Bekanntmachung

Photonik nach Maß - Funktionalisierte Materialien und Komponenten für optische Systeme der nächsten Generation

Bitte beachten Sie: Dies ist nur ein Auszug. Die vollständige, rechtlich geltende Bekanntmachung finden Sie im Amtlichen Teil des Bundesanzeigers (PDF vom 02.09.2016) und unter den Bekanntmachungen auf der Webseite des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Themenfeld „Photonik nach Maß – Funktionalisierte Materialien und Komponenten für optische Systeme der nächsten Generation“ –auf der Grundlage des Programms „Photonik Forschung Deutschland“ und leistet damit einen Beitrag zur Umsetzung der neuen Hightech-Strategie der Bundesregierung.

Zuwendungszweck

Optische Komponenten bestimmen wesentlich die Funktion einer Vielzahl von technischen Systemen des Alltags. Vom Automobil über das Notebook bis hin zu Industrieanlagen und Unterhaltungselektronik sind optische Bauteile – sowohl in großen Stückzahlen hergestellte als auch aufwändige, ultrapräzise Spezialkomponenten – ein unverzichtbarer Bestandteil unserer modernen Welt. Für Wachstumsmärkte wie die Medizintechnik, die Umweltanalytik oder das autonome Fahren liefern sie wesentliche technische Grundlagen.

Die Befähigung, optische Komponenten auf Grundlage elementarer physikalischer Prinzipien der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie zu verstehen und zu simulieren, eröffnet aktuell die Möglichkeit, völlig neue optische Funktionselemente zu konzipieren. Verstand man Licht früher nur als ein sich strahlenförmig ausbreitendes Phänomen, das mit dem Mittel der Lichtbrechung zu lenken ist, können heute auch dessen Wellennatur, sowie darüber hinausgehend die elektrischen und magnetischen Feldanteile und sogar Quanteneigenschaften beeinflusst und gezielt gesteuert werden.

Neueste Herstellungsverfahren erlauben es, höchst komplexe Geometrien mit Nanometergenauigkeit zu produzieren und sie mit funktionalen Nanostrukturen und neuen Schicht- und Strukturmaterialien zu kombinieren. Da es sich bei solchen modernen optischen Elementen um technisch äußerst anspruchsvolle Komponenten handelt, für die man die Paradigmen klassischer Optikfertigung nicht einfach übernehmen kann, erfordert schon deren Entwurf ein umfangreiches theoretisches Verständnis der Wechselwirkung zwischen Licht und Nanostrukturen, das auf dem aktuellsten Stand der Forschung aufbaut.

Die langfristige Zielsetzung dieser gesamten Entwicklung liegt darin, Licht maßgeschneidert auf nahezu jede erdenkliche Art formen und lenken zu können und auch die jeweiligen spektralen Anteile nebst deren Phase zu beherrschen. Gleichzeitig sollten diese Optikkomponenten einen minimalen Bauraum einnehmen und zu möglichst geringen Kosten produzierbar sein. Letztlich gilt es, Komponenten und Bauelemente in einem ganzheitlichen Design zusammenzuführen und damit erstmals die vollständige Kontrolle von Licht zu ermöglichen.

Das BMBF will mit der Fördermaßnahme kooperative, vorwettbewerbliche Verbundprojekte unterstützen, die zu völlig neuen oder wesentlich verbesserten technischen Lösungen im Bereich von optischen Materialien, Komponenten und Systemen sowie der dafür erforderlichen Fertigungs- bzw. Prozesstechnik führen. Die optischen Elemente und die zu ihrer Herstellung erforderlichen Verfahren sollen in möglichst vielen Anwendungen nutzbar sein, insbesondere in den Bereichen Maschinen- und Anlagenbau, Elektronik, Beleuchtung, Medizintechnik, Umweltanalytik, Fahrzeugbau und Systemen für Konsumenten. Kennzeichen der Projekte sind ein hohes Risiko und eine besondere Komplexität der Forschungsaufgabe. Für eine Lösung sind in der Regel inter- und multidisziplinäres Vorgehen und eine enge Zusammenarbeit von Unternehmen und ggf. Forschungseinrichtungen erforderlich. Vorhaben sollen entlang der Wertschöpfungskette strukturiert sein. Die Verbundstruktur soll insbesondere die notwendige Zusammenarbeit zwischen Technologieentwicklern und Anwendern widerspiegeln.

Da Innovations- und Beschäftigungsimpulse gerade auch von Unternehmensgründungen ausgehen, sind solche Gründungen im Anschluss an die Projektförderung des BMBF erwünscht. Der High-Tech-Gründerfonds der Bundesregierung bietet hierzu Unterstützung an. Weitere Informationen finden sich unter www.high-tech-gruenderfonds.de.

Gegenstand der Förderung

Im Zentrum dieser Fördermaßnahme stehen maßgeschneiderte photonische Materialien und Konzepte für optische Komponenten und Systeme der nächsten Generation mit höchster Performanz, auch unter Nutzung komplexer Oberflächen, oder innovativen linearen und nichtlinearen Eigenschaften. Entsprechende Projekte sollen auf die Innovation in der optischen Komponente zentriert sein und von dort ausgehend die für die Anwendung und Umsetzung wesentliche Wertschöpfungskette abdecken. Die entsprechende Demonstration der Komponenten mit umsetzungsrelevanten Parametern ist dabei von besonderer Bedeutung und die Einbindung eines Anwenders in die Konsortien zwingend.

Charakteristisch soll die Kombination mehrerer innovativer Bestandteile sein, wie beispielsweise Schichtsysteme, Nanostrukturen, neuartige Materialien und Freiformgeometrien.

Forschungsthemen finden sich demgemäß in den Bereichen:

  • Neue photonische Materialien bzw. Materialklassen, Oberflächen und Schichten mit maßgeschneiderten optischen Eigenschaften, speziell variabel anpass- bzw. funktionalisierbare Materialien,
  • hier auch Gradientenwerkstoffe zur stufenlosen Anpassung optischer Systeme, bzw. mit schaltbaren oder durchstimmbaren Eigenschaften
  • Einfache, kosteneffiziente Verwendung von Hochleistungswerkstoffen (z. B. Diamant, Keramiken) in optischen Systemen
  • Optische Polymere, Elastomere, auch Verbundmaterialien und Schichtsysteme, insbesondere zur Verwendung in Hybridsystemen
  • Neuartige künstliche optische Materialien und Funktionalitäten u. a. durch Nanokomposition, Strukturierung oder Dotierung
  • Oberflächen- und Tiefenstrukturierung auf der Nanoskala zur gezielten Kontrolle der elektromagnetischen Moden des Lichts in Materie, auch photonische Bandlückenmaterialien.
  • Materialien, Schichten und Strukturen für die Mikrointegration auf Waferlevel, insbesondere in Silizium und für integrierte elektro-optische Systeme
  • Neue Software-Werkzeuge und Algorithmen mit durchgängigen Datenketten entsprechend industrieller Standards für das ganzheitliche Design kombinierter multifunktionaler Bauelemente

Mögliche Konzepte umfassen u. a. Präzisions- und Freiformoptik, segmentierte Optik, diffraktive bzw. Hybridoptik und faseroptische Komponenten sowie Kombinationen dieser Ansätze. Die Adressierung von Vorhaben, welche im Kern Prozesse der Lichterzeugung und -verstärkung beinhalten, ist nicht beabsichtigt.

Die Herstellung der entsprechenden Komponenten soll dabei einem möglichst deterministischen Fertigungskonzept folgen. Basierend auf modernsten Methoden des computerunterstützten Entwurfs sind abhängig von Stückzahl und Präzision der zu fertigenden Optikkomponenten die geeignetsten Verfahren auszuwählen und im Entwurf des Gesamtsystems bereits zu berücksichtigen. Auf eine Geschlossenheit der Prozesskette, vom Design über die Prozesstechnik und die Metrologie bis zur Systemassemblierung, ist dabei auch aus anlagentechnischer Perspektive zu achten.

Kriterien für geeignete Herstellungsverfahren bzw. Anlagentechnik sind:

  • Hohe Präzision bei kurzer Prozesszeit
  • Hohe Flexibilität im Sinne einer breiten Verwendbarkeit für eine Vielzahl verschiedener Komponentengeometrien
  • Möglichkeit der in-situ-Messung
  • Hoher Automatisierungsgrad
  • Hoher Durchsatz bei exzellenter Reproduzierbarkeit
  • Wirtschaftlichkeit in der Materialausnutzung

Hierbei sind beispielsweise Kombinationen von Makro-, Mikro- oder Nanotechniken relevant. Mögliche Ansätze umfassen u. a. auch das Erschließen von Verfahren anderer Branchen für optische Komponenten und Systeme wie z. B. lithografische oder photochemische Techniken, generative Verfahren oder Replikationstechniken, mit dem Ziel neuer Freiheiten bei Design und Anwendung. Auf die Durchgängigkeit der Prozesse bei branchen- und disziplinübergreifenden Kooperationen ist zu achten.

Die Aufzählung der Forschungsthemen ist nicht vollständig und nur beispielhaft zu verstehen. Charakteristisch für alle Vorhaben soll sein, dass im Bereich der optischen Komponenten bzw. innovativer Konzepte für photonische Materialien, Oberflächen und Schichten eine entscheidende Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erreicht wird.

Vorlagen und Auswahl von Projektskizzen

In der ersten Verfahrensstufe sind dem beauftragten Projektträger beurteilungsfähige Projektskizzen zunächst elektronisch über das Internetportal www.projekt-portal-vditz.de vorzulegen.

Die Vorhabenbeschreibung soll maximal 20 DIN-A4-Seiten (einschl. Deckblatt und Anlagen) umfassen. Damit die Online-Version der Projektskizze Bestandskraft erlangt, muss diese zusätzlich in der Folgewoche nach der oben genannten Vorlagefrist in schriftlicher Form und unterschrieben beim beauftragten Projektträger eingereicht werden. Es gilt das Datum des Poststempels.

Die Vorlagefrist endet am 30.11.2016

Die Projektskizzen sind nach der Vorlage mit folgender Gliederung zu verfassen:

  • Thema und Zielsetzung des Vorhabens
  • Beschreibung des technischen Lösungsansatzes mit Zielkenngrößen
  • Stand der Wissenschaft und Technik, Neuheit des Lösungsansatzes, eigene Vorarbeiten zur Fragestellung des Vorhabens, Patentlage mit Bewertung im Hinblick auf die Verwertung der Ergebnisse
  • Anwendungsrelevanz und Marktpotenzial
  • Kurzdarstellung der beantragenden Unternehmen (Kerngeschäft, Mitarbeiterzahl, Jahresumsatz, aktuelle durchgeführte Förderprojekte), konkrete Darlegung des Marktzugangs und der Marktperspektiven mit Zeithorizont, Darstellung der Kompetenzen der Projektpartner
  • Aussagekräftiger Arbeitsplan mit Arbeitspaketen aller beteiligten Partner
  • Verbundstruktur, Definition von Meilensteinen mit messbaren bzw. nachprüfbaren Kriterien, Definition von Übergabepunkten
  • Finanzierungsplan
  • Verwertungsplan (wirtschaftliche und wissenschaftlich-technische Erfolgsaussichten, Nutzungsmöglichkeiten und Anschlussfähigkeit), Vermarktungsstrategie, Aussagen zur standortbezogenen Verwertung
  • Notwendigkeit der Zuwendung: Wissenschaftlich-technisches und wirtschaftliches Risiko mit Begründung der Notwendigkeit staatlicher Förderung

Die eingegangenen Projektskizzen werden nach folgenden Kriterien bewertet:

  • Bezug zur Förderbekanntmachung
  • Innovationshöhe und Qualität des wissenschaftlich-technischen Konzepts
  • Technische und wirtschaftliche Bedeutung, Hebelwirkung bzw. Schlüsselcharakter der Innovation
  • Beherrschbarkeit der Technologie und der zur Umsetzung erforderlichen Verfahren
  • Qualität des Projektkonsortiums, Einbeziehung der für eine erfolgreiche Umsetzung erforderlichen Partner, Beteiligung von Unternehmen
  • Qualität und Belastbarkeit des Verwertungskonzepts, Marktpotenzial
  • Einbeziehung von KMU

Es wird empfohlen, vor der Einreichung der Projektskizzen direkt mit dem Projektträger Kontakt aufzunehmen.

VDI Technologiezentrum GmbH
- Projektträger Photonik, Optische Technologien –
VDI-Platz 1
40468 Düsseldorf

Lars Unnebrink
Telefon: 0211 / 6214 598
E-Mail: unnebrink(at)vdi.de

Einreichungsfrist

02.09.2016 - 30.11.2016

Ansprechpartner

Foto: Dr. Martin Böltau
Dr. Martin Böltau
+49 211 6214-465
Foto: Dr. Tim Haupricht
Dr. Tim Haupricht
+49 211 6214-477
Foto: Dr. Thomas Kuschel
Dr. Thomas Kuschel
+49 211 6214-679