DD263362A1

DD263362A1 - Geblaztes holografisches reflexionsbeugungsgitter

Info

Publication number: DD263362A1
Application number: DD30546687A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Steiner; Klaus Rudolf; Gundula Ruediger; Peter Kroeplin
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1988-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein geblaztes holografisches Reflexionsbeugungsgitter. Erfindungsgemaess ist bei einem solchen Reflexionsbeugungsgitter auf der sich dem saegezahnartigen Furchenprofil der Fotolack- oder Epoxidharzschicht anpassenden Reflexionsschicht zusaetzlich eine optisch homogene Schicht eines hochbrechenden transparenten Mediums, vorzugsweise eines optischen Kunststoffes oder eines optischen Kittes, in einer gegenueber der Tiefe des Furchenprofils grossen Schichtdicke angeordnet. Diese Schicht bewirkt je nach Brechzahl des transparenten Mediums eine Verschiebung der effektiven Blazewellenlaenge lB in den Spektralbereich von 270 nmlB470 nm, ohne Aenderung des Furchenprofils und ohne Beeintraechtigung der spektroskopischen Eigenschaften des zugrundeliegenden Reflexionsbeugungsgitters. Die erfindungsgemaessen Reflexionsbeugungsgitter sind bei Gitteranwendungen in dem genannten Spektralbereich, z. B. in Spektralgeraeten, einsetzbar. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf geblazte holografische Reflexionsbeugungsgitter.

Sie findet überall dort Anwendung, wo von einem Reflexionsbeugungsgitter ein spektrales Beugungsvermögen mit Beugungsmaximum im Spektralbereich von 270 nm bis 470 nm verlangt wird, z.B. in einem Spektralgerät.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Neben den mechanisch geteilten Reflexionsbeugungsgittern sind seit Jahren auch interferometrisch hergestellte Reflexionsbeugungsgitter mit Symmetrischem als auch asymmetrischem, bevorzugt sägezahnartigem Furchehprofil bekannt. Letztere, auch als geblazte holografische Reflexionsbeugungsgitter bezeichnet, gewinnen gegenüber den mechanisch geteilten Gittern aufgrund ihrer großserienmäßigen Herstellbarkeit auch für hohe Linienzahlen und auf abbildenden Trägem sowie ihrer besseren spektroskopischen Eigenschaften, wie Streulichtarmut, Fehlen von gerichtetem Streulicht (Geister) und einer hohen Beugungseffizienz, zunehmend an Bedeutung.

Das Furchenprofil derartiger holografischer Reflexionsbeugungsgitter ist entweder im Falle von Gitteroriginalen in eine Fotolackschicht oder im Falle von Gitterkopien in eine Epoxidharzschicht einmoduliert, welche sich jeweils auf einem ebenen oder abbildenden, z. B. konkaven Träger befindet. Eine Aufdampfschicht eines Metalls wie Ag, Au, Al oder eine aufgedampfte Schichtehfolge dielektrischer Wechselschichten verleiht dem Gitter unter Erhaltung des Furchenprofils das erforderliche Reflexionsvermögen.

Bei gemäß dem von Sheridon vorgeschlagenen Stehwellenverfahren (US-PS 3.580.657; Sheridon, Appl. Phys. Letters 12 [1968], 316-18) hergestellten geblazten holografischen Reflexionsbeugungsgittern ist die Blazewellenlänge λ_Β aufgrund des blauempfindlichen Fotolacks und der Brechzahl dieses Mediums unabhängig von der Linienzahl auf einen Spektralbereich zwischen 170nm S λ_Β S 270nm begrenzt. Dadurch ergeben sich Einschränkungen bezüglich ihrer Anwendung im sichtbaren Spektralbereich.

Auf Basis der Fouriersynthese eines sägezahnartigen Furchenprofils aus symmetrischen Intensitätsverteilungen abgestimmter Frequenzen, Phasenlagen und Intensitätswerten läßt sich theoretisch die Blazewellenlänge über einen großen Bereich variieren (St. Johanson u.a., Applications of Holography and Optical Data Precessing, Proc. of Int. Conference, Jerusalem, August 1976, S.23-26; Zhu Shao Ii, PRoc. SPiE 399 [1983], 329-332; DE-AS 1.285763; DE-OS 2433809). Abgesehen von derfür die Herstellung erforderlichen aufwendigen Steuer- und Meßtechnik sind jedoch nur bestimmte Gittergrößen und keine hohen Linienzahlen erzeugbar. Außerdem liegen die erzielten Maximalwerte in der Beugungseffizienzkurve der so hergestellten geblazten holografischen Reflexionsbeugungsgitter unter den mit dem Stehwellenverfahren erreichten Werten. Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von geblazten Reflexionsbeugungsgittern unter Verwendung eines holografischen Originalgitters bietet das lonenstrahlätzverfahren (I. M. Lerner u.a., Proc. SPIE 353 [1982], S.68-71). Die so erzeugten Reflexionsbeugungsgitter mit sägezahnartigem Furchenprofil weisen jedoch wesentlich höhere Streulichtanteile als die nach dem Stehwellenverfahren hergestellten auf und erreichen auch nicht deren Beugungseffizienzmaxima. Bei der Erzeugung von sägezahnartigen Furchenprofilen auf abbildenden Trägern treten zudem nachteilige Änderungen des Blazewinkels über der Fläche auf. Von Nachteil insgesamt ist auch der notwendige hohe apparative Aufwand.

Zum Zwecke der Verschiebung des BeugungsmaxTmüms zu höheren Wellenlängen, bezögen auf den Sheridon-Blaze, ist es auch bekannt, beim Stehwellenverfahren den Durchstrahlungswinkel mindestens einer Welle des Zweistrahlinterferogramms wesentlich zu erhöhen, damit die Knotenebenen steiler zur Fotolackoberfläche stehen, d. h. der Blazewinkel vergrößert wird (Dissertation H.A.Obermayer, Universität Stuttgart, 1976). Um die dadurch bewirkte Totalreflexion beim Austritt des Lichtes ins optisch dünnere Medium zu verhindern, macht es sich erforderlich. Ein- bzw. Auskoppelelemente, z. B. Prismen, mit Immersion auf die Fotolackschicht aufzubringen (z.B. L. Mashevu.a., Appl.

Phys. B28 [1982] 343). Die Immersionsschicht muß eine Reihe von Eigenschaften in sich vereinen, die das ganze Verfahren äußerst problematisch machen. Außerdem bringen die neu entstandenen Grenzflächen zusätzlich Störlichtanteile, die mit dem Nutzlicht interferieren und letztlich eine Qualitätsbeeinträchtigung der Reflexionsgitter zur Folge haben. Eine weitere Methode zur Verschiebung der Blazewellenlänge geblazter holografischer Reflexionsbeugungsgitter besteht im Nachbelichten von im Fotolack erzeugten Gitterstrukturen, indem entweder das Oberflächenrelief inkohärent nachbelichtet und anschließend zum zweiten Mal entwickelt wird (DD-WP 160 245) oder das latente Bild einer ersten Belichtung nachbelichtet wird (DD-WP 160246). Jedoch zieht die dadurch erzielte Veränderung des Furchenprofils und Verschiebung der Blazewellenlänge eine Erhöhung des Streulichtes sowie eine Verringerung der Beugungseffizienz der aus diese Weise erzeugten Reflexionsbeugungsgitter nach sich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit möglichst geringem technischen Aufwand geblazte holografische Reflexionsbeugungsgittermit einer Balzewellenlänge λ_Β in einem Spektralbereich von 270 nm < λ_Β < 470nm in hoher Qualität bereitzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Oberfläche von geblazten holografischen Reflexionsbeugungsgittern mit einer Blazewellenlänge λ_Β < 270 nm ohne Veränderung des Furchenprofils und unter Beibehaltung der nach dem Stehwellenverfahren erzielbaren vorteilhaften spektroskopischen Eigenschaften, wie Streulichtarmut, Geisterfreiheit und hohe Beugungseffizienz, so zu modifizieren, daß daraus eine effektive Blazewellenlänge λ_Β in dem gewünschten Spektralbereich von 270nm < λ_Β :£ 470nm bei gleichzeitig vernachlässigbarer Lichtabsorption in einem vom nahen UV bis nahen IR reichenden Anwendungsbereich resultiert.

Diese Aufgabe wird durch ein geblaztes holografisches Reflexionsbeugungsgitter, bei dem auf einem ebenen oder abbildenden Träger eine ein sägezahnartiges Furchenprofil aufweisende Epoxidharz- oder Fotolackschicht und eine dünne, sich diesem Furchenprofil anpassende Reflexionsschicht angeordnet sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Reflexionsschicht zur Realisierung eines Beugungsmaximums der Blazewellenlänge λ_Β in einem Spektralbereich von 270 nm < λ_Β < 470nm zusätzlich eine das Furchenprofil ausfüllende optisch homogene Schicht eines im nahen UV bis nahen IR transparenten Mediums mit einer Brechzahl von mindestens 1,4, z. B. eines optischen Kunststoffes oder eines optischen Kittes, vorgesehen ist, deren Schichtdicke groß gegenüber der Tiefe des Furchenprofils ist.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die optisch homogene, transparente Schicht mit einer der Form des Trägers entsprechenden Oberfläche abschließt.

Die optisch homogene Schicht kann vorteilhaft aus Polymethylmethacrylat als hochbrechendem Medium bestehen.

Durch die zusätzlich angeordnete hochbrechende transparente Schicht gelingt es erfindungsgemäß, die Blazewellenlänge gegenüber dem zugrundeliegenden, nicht mit einer solchen Schicht versehenen holografischen Reflexionsbeugungsgitter mit sägezahnartigem Furchenprofil in den Spektralbereich von 270nm <λ_β< 470 nm zu verschieben, ohne dabei das Furchenprofil ändern zu müssen. Die quantitative Größe der Blazeverschiebung hängt in entscheidendem Maße von der Brechzahl des transparenten Mediums ab. Das Aufbringen der Schicht kann über bekannte Beschichtungs- und/oder Kopierverfahren erfolgen.

Um den Einfluß von Vielfachinterferenzen innerhalb der optisch homogenen transparenten Schicht auf den spektralen Beugungseffizienzverlauf des erfindungsgemäßen Reflexionsbeugungsgitters zu minimieren, wird die Schichtdicke groß gegenüber der Profiltiefe der Gitterstruktur gewählt.

Insbesondere bei Schichtdicken, die nur wenige Vielfache der Profiltiefe betragen, läßt sich durch Variation der Schichtdicke das spektrale Beugungsvermögen optimal für kleinere Spektralbereiche einstellen.

Ferner bietet die Schicht einen guten Schutz für das Reflexionsbeugungsgitten Eine Reinigung der Oberfläche bei

Verschmutzung ist unproblematisch. ~

Ausführungsbeispiel

Nachstehend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein geblaztes holografisches Reflexionsbeugungsgitter gemäß der Erfindung.

Auf einem Träger 1, einem ebenen Glaskörper, sind nacheinander eine sägezahnartiges Furchenprofil 2 mit 1400 L/mm aufweisende Epoxidharzschicht 3, eine etwa 100nm dicke, dem sägezahnartigen Furchenprofil 2 angepaßte Al-Aufdampfschicht als Reflexionsschicht 4 und erfindungsgemäß zusätzlich eine optisch homogene Schicht 5 angeordnet. Letztere besteht aus im vorgesehenen Anwendungsbereich von 250 nm bis 900 nm gut transparentem Polymethylmethacrylat der Brechzahl n_D = 1,49, welches in gelöster Form nach einem Schleuderverfahren aufgetragen wurde. Das sägezahnartige Furchenprofil 2 wird von der transparenten Schicht 5 völlig ausgefüllt. Die Schichtdicke der Schicht 5 ist groß gegenüber der.Profiltiefe des sägezahnartigen Furchenprofils 2 und beträgt etwa 1 pm, während die Profiltiefe etwa 115nm mißt. Außerdem schließt die Schicht 5 mit einer ebenen Oberfläche 6 ab, welche somit der Form des Trägers 1 entspricht und keinerlei Modulation mehr aufweist. Auf diese Weise bleiben etwaige Vielfachinterferenzen innerhalb der Schicht 5 ohne störenden Einfluß auf den spektralen Beugungseffizienzverlauf des erfindungsgemäßen geblazten holografischen Reflexionsbeugungsgitters. Somit finden sich die guten spektroskopischen Eigenschaften (Streulichtarmut, Geisterfreiheit, hohe Beugungseffizienz) der zugrundeliegenden, nicht mit einertransparenten Schicht 5 versehenen Gitterkopie, welche unter Verwendung eines nach dem Stehwellenverfahren erzeugten Originalgitters hergestellt wurde, in dem beschriebenen erfindungsgemäßen Reflexionsbeugungsgitter wieder. Während andererseits bei der zugrundeliegenden Gitterkopie das Beugungsmaximum beim Wert λ_Β = 2 h = 230 nm

(h = Profiltiefe) liegt, ergibt sich für das erfindungsgemäße Reflexionsbeugungsgitter entsprechend der Brechzahl des Polymethylmethacrylats eine Blazewellenlänge mit Beugungsmaximum bei etwa 350 nm, da sich hier benachbarte Blazeflanken

7 dann optimal überlagern, wenn die optische Wegdifferenz gleich 2 h · nist(n = Brechzahl destransparenten Mediums). Strahl

8 repräsentiert das einfallende Licht, Strahl 9 das an Blazeflanke 7 gebeugte Licht.

Claims

1. Geblaztes holografisches Reflexionsbeugungsgitter, bei dem auf einem ebenen oder abbildenden Träger eine ein sägezahnartiges Furchenprofil aufweisende Epoxidharz- oder Fotolackschicht und eine dünne, sich diesem Furchenprofil anpassende Reflexionsschicht angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Reflexionsschicht (4) zur Realisierung eines Beugungsmaximums der Blazewellenlänge λ_Β in einem Spektralbereich von 270 nm < λ_Β S 470nm zusätzlich eine das Furchenprofil (2) ausfüllende optisch homogene Schicht (5) eines im nahen UV bis nahen IR transparenten Mediums mit einer Brechzahl von mindestens 1,4, z. B. eines optischen Kunststoffes oder eines optischen Kittes, vorgesehen ist, deren Schichtdicke groß gegenüber der Tiefe des Furchenprofils (2) ist.

2. Geblaztes holografisches Reflexionsbeugungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch homogene Schicht (5) mit einer der Form des Trägers (1) entsprechenden Oberfläche (6) abschließt.

3. Geblaztes holografisches Reflexionsbeugungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch homogene Schicht (5) aus Polymethylmethacrylat als hochbrechendem transparentem Medium besteht.