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Diffraktives optisches Element

Hocheffiziente diffraktive optische Elemente Redesign optischer Systeme dank innovativer, mikrooptischer Strukturen

Diffraktive optischen Elemente (DOE) beugen Licht an der mikrostrukturierten Oberfläche. Dank ihrer hohen Funktionalität können mehrere optische Funktionen gleichzeitig in einem einzigen Element integriert werden. DOEs ermöglichen so sehr kompakte, leichtgewichtige und elegante Praxislösungen, welche mit rein refraktiver Makrooptik, nur unter sehr hohem Aufwand möglich sind.

  • Hohe Effizienz
  • Geringe nullte Ordnung
  • Geringe Rauheit
Axikon

DOE Komponenten und Funktionalitäten

Diffraktive optische Elemente (DOE) sind optische Komponenten, die Licht in mehrere Ordnungen unter präzisen Winkeln ablenken. Periodizität und ihre Ortsfrequenzen, und nicht das Oberflächentopographieprofil, bestimmen dabei die optische Leistung.

  • Einseitige & doppelseitige Wafer-Strukturierung
  • Diffraktives & refraktives optisches Design & Simulation
  • Wellen-optische Ausbreitung
  • Hocheffiziente optische Elemente
  • Optische Elemente mit geringer Rauheit
  • Präzisionsfertigung in hohen Stückzahlen
  • Präzisionsmesstechnik
  • Sägen
  • Strukturierung verschiedener optischer Materialien: SiO2, CaF2, Silizium, Glas mit hohem Brechungsindex etc.

DOE Komponenten

  • Multilevel DOE

    Binary/Multilevel DOE

    Das einfachste DOE-Profil ist binär: zwei Profilebenen erzeugen die erforderliche Phasenverschiebung des Lichts. Mehrstufige Profile mit einer einzigen Gitterperiode ermöglichen eine genauere Phasensteuerung.

  • Diffraktive Linse

    Diffraktive Linsen

    Um das Volumen eines konventionellen optischen Systems zu begrenzen und die chromatische Aberration zu korrigieren, kann die Verwendung einer diffraktiven Linse als flaches optisches Element vorteilhaft sein.

  • Diffusor

    Diffusoren

    Generierung von beliebigen Fernfeldprofilen mit einer genau definierten Winkelverteilung für partielles, inkohärentes Licht. Entsprechende diffraktive Diffusoren werden unter anderem bei Laserbeleuchtungsanwendungen eingesetzt.

  • Optisches Gitter

    Gitter

    Es existieren vielfältige Anwendungsmöglichkeiten unserer Gitter.
    Sie dienen der räumlichen Teilung von spektralen Lichtanteilen oder finden Anwendung als bildgebende, strahlformende & -teilende Komponente.

    Detaillierte Informationen zu:
    Beugungsgitter
    Synchrotron und Röntgengitter

Darstellung der Effizienz eines DOE
Darstellung der Effizienz eines DOE

Hohe Effizienz

Die Effizienz eines diffraktiven optischen Elements wird in der Mikrooptik durch zwei Faktoren erhöht:

  • Das individuelle Optikdesign, das die optischen Input-Bedingungen berücksichtigt und die wellenoptische Propagation innerhalb des ganzen optischen Systems simuliert.
  • Und das kontinuierliche Oberflächenprofil, welches durch die Grautonlithographie mit beliebigen Stufenprofilen erzeugt wird.

Bildunterschrift:  Standard DOE (links) ZEISS DOE (rechts)

Darstellung der nullten Ordnung eines DOE
Darstellung der nullten Ordnung eines DOE

Geringe nullte Ordnung

Die nullte Ordnung eines diffraktiven optischen Elements wird bei ZEISS durch drei Faktoren reduziert:

  1. Ein optimiertes Optikdesign, das an die Fertigungstoleranzen angepasst ist.
  2. Eine exakte Messtechnik, die die genaue Ermittlung der Zielselektivität (Aspektverhältnis zwischen der Struktur im Photolack und der geätzten Struktur) ermöglicht.
  3. Und eine hochpräzise Ätztechnologie, die die sehr hohen Anforderungen an die Zielselektivität umsetzt.

Bildunterschrift:  Standard DOE (links) ZEISS DOE (rechts)

Darstellung der Rauheit eines DOE
Darstellung der Rauheit eines DOE

Geringe Rauheit

Die Rauheit eines diffraktiven optischen Elements wird durch die Optimierung des gesamten Herstellungsprozesses verringert.

Die Kombination aus Schreibprozess, Entwicklungsprozess und Ätzprozess bei ZEISS liefert präzise Ergebnisse bei sehr geringer Rauheit. Diese streulichtarmen, diffraktiven, optischen Elemente mit einer sub-nanometer Ausgangsrauheit sind in bestimmten Anwendungen angestrebt und vorteilhaft.

Bildunterschrift:  Standard DOE (links) ZEISS DOE (rechts)

Allgemeine Spezifikationen

Merkmale

Parameter

Arbeitswellenlänge

10 nm < λ < 2 μm, EUV bis NIR

Materialien
  • Master: Photoresist, Quarzglas, Glas, Si, CaF₂
  • Replikat: Glas, Glaskeramik, Kunstoff und Metall

Substratoberfläche

plan & gekrümmt inklusive Freiform

Substratdimensionen

0,5 mm bis 300 mm

Substratdicke

1 mm bis 50 mm

Beschichtung

metallisch & dielektrisch

Typ

eine- und zweiseitige Strukturierung

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    • Vorschaubild von Microoptics for high-end optical systems

      Microoptics for high-end optical systems

      Mikrostrukturierte Optik für optische Systeme der Spitzenklasse.
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    From regular periodic micro-lens arrays to randomized continuous phase profiles, Advanced Optical Technologies, Band 4, Heft 1, Seiten 47–61, eISSN 2192-8584, ISSN 2192-8576, DOI: https://doi.org/10.1515/aot-2014-0062