DE102019130532A1

DE102019130532A1 - Anordnung und Verfahren zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters

Info

Publication number: DE102019130532A1
Application number: DE102019130532.2A
Authority: DE
Inventors: Laura Padberg; Christof Eigner; Johannes Tiedau; Viktor Quiring; Christine Silberhorn
Original assignee: Universitaet Paderborn
Current assignee: Universitaet Paderborn
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters (5) aufweisend ein optisches Substrat (8) und eine Beschichtung, umfassend eine Verdampfungsquelle (12) zum Aufdampfen der Beschichtung mittels einer Aufdampfkeule (14) auf eine Fläche (10) des optischen Substrats (8), und einen Probenhalter (11) zum Aufnehmen des optischen Substrats (8) in einer Halteposition, wobei die Aufdampfkeule (14) ausgerichtet ist, die Beschichtung mit einer ortsabhängigen Bedampfungsrate zu erzeugen, so dass ein Gradient (7) in der Beschichtung erzeugt wird, und die Halteposition und dadurch die Fläche (10) gegenüber der Verdampfungsquelle (12) verkippt ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters, ein dielektrisches Verlaufsfilter sowie die Verwendung des dielektrischen Verlaufsfilters in einem Spektrometer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters. Auch betrifft die Erfindung ein dielektrischer Verlaufsfilter sowie die Verwendung eines dielektrischen Verlaufsfilters in einem Spektrometer.
In vielen optischen Anwendung besteht die Notwendigkeit die einfallende Strahlung nach bestimmten Kriterien, z. B. nach der Wellenlänge, dem Polarisationszustand oder der Einfallsrichtung zu selektieren. Für die Selektierung der einfallenden Strahlung werden dabei häufig optische Filter eingesetzt.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise homogene dielektrische Filter bekannt, welche durch ein Verkippen die wellenlängenabhängige Transmission verändern können. Zum Beispiel wird Licht mit den Wellenlängen A und B ohne Verkippung transmittiert und bei Verkippung des Filters wird die Wellenlänge A transmittiert und die Wellenlänge B reflektiert. Beim Verkippen dieser dielektrischen Filter wird zwar die Transmissionscharakteristik des optischen Filters verändert, allerdings wird auch ein zusätzlicher Strahlversatz in den Strahlengang eingebracht.
Des Weiteren werden zur Selektierung von einfallender Strahlung Graufilter verwendet, welche einen Positions-Gradienten besitzen und somit eine Durchstimmbarkeit ermöglichen. Bei Graufilter hingegen tritt kein Strahlversatz auf, diese haben aber den Nachteil, dass sie für alle Wellenlängen gleich wirken und die Wellenlängen nicht aufspalten/trennen können, sondern diese nur absorbieren und damit abschwächen.
Aus den zuvor genannten Nachteilen werden daher dielektrische Verlaufsfilter verwendet, die eine über die Filterfläche kontinuierlich veränderliche Filterwirkung besitzen. Dieses ist insbesondere bei quantenoptischen Experimenten von Bedeutung, weil ein Strahlversatz zu zusätzlichen optischen Verlusten führen kann, die den quantenoptischen Zustand verändern.
Aus der US 5,872,655 sind monolithische, linear variable Filter und ein Verfahren zur Herstellung dieser Filter bekannt. Dabei werden radial variable Filterherstellungstechniken in Kombination mit ionengestützter Abscheidung zur Herstellung der Filter verwendet.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung dieser dielektrischer Verlaufsfilter haben allerdings den Nachteil, dass sie sehr viele Prozessschritte und den Einsatz teurer Maschinen erfordern.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters anzugeben, bei dem die Prozessschritte reduziert werden und damit das Verfahren deutlich vereinfacht wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist somit eine Anordnung zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters angegeben aufweisend ein optisches Substrat und eine Beschichtung, umfassend eine Verdampfungsquelle zum Aufdampfen der Beschichtung mittels einer Aufdampfkeule auf eine Fläche des optischen Substrats, und einen Probenhalter zum Aufnehmen des optischen Substrats in einer Halteposition, wobei die Aufdampfkeule ausgerichtet ist, die Beschichtung mit einer ortsabhängigen Bedampfungsrate zu erzeugen, so dass ein Gradient in der Beschichtung erzeugt wird, und die Halteposition und dadurch die Fläche gegenüber der Verdampfungsquelle verkippt ist.
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, einen Gradienten in der Beschichtung eines optischen Substrats mittels einer ortsabhängige Bedampfungsrate zu erzeugen. Dabei wird die Aufdampfkeule derart ausgerichtet, dass eine ortsabhängige Bedampfungsrate entsteht. Die ortsabhängige Bedampfungsrate wird dabei durch eine abstandsabhängigen Depositionsrate erzeugt, welche sich im Idealfall mit 1/r³ verhält. Beispielsweise kann die Aufdampfkeule gegenüber der Fläche des optischen Substrats verkippt sein, wodurch die abstandsabhängige Depositionsrate entsteht. Das in einer Halteposition in dem Probenhalter aufgenommene Substrat wird zusätzlich gegenüber der Verdampfungsquelle verkippt, wodurch unterschiedliche Punkte auf der Fläche des Substrats unterschiedliche Abstände zwischen der Fläche des Substrats und der Verdampfungsquelle aufweisen. Hierdurch wird eine zusätzliche abstandabhängige Depositionsrate eingeführt.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Probenhalter derart eingerichtet, einen Abschattungseffekt der Aufdampfkeule gegenüber der Fläche des optischen Substrats zu erzeugen. Aufgrund des durch den Probenhalters erzeugten Abschattungseffekts weisen verschiedene Bereiche der Fläche des optischen Substrats unterschiedliche Bedampfungsraten auf. Hierdurch wird die Bildung des Gradienten in der Beschichtung des optischen Substrats weiter verstärkt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Aufdampfvorrichtung zumindest eine zweite Verdampfungsquelle. Eine zweite Verdampfungsquelle ist vorteilhaft, um zum einen die Aufdampfkeulen aus verschiedenen Positionen zu erzeugen und zum anderen können mittels der zweiten Verdampfungsquelle unterschiedliche Materialien zum Beschichten des optischen Substrats verwendet werden.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Probenhalter drehbar in der Anordnung angeordnet. Durch drehen des Probenhalters in der Anordnung zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters wird eine homogene Beschichtung erreicht, wodurch ein Gradient in der Beschichtung in nur einer Richtung erzeugt wird.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters angegeben umfassend die folgenden Schritte:

- Bereitstellen der Anordnung zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters nach einem der zuvor beschrieben Ansprüche,
- Bereitstellen eines optischen Substrats,
- Einstellen einer ortsabhängigen Bedampfungsrate, so dass beim Aufdampfen einer Beschichtung auf die Fläche des optischen Substrats ein Gradient in der Beschichtung auf der Fläche des optischen Substrats erzeugt wird,
- Aufdampfen einer Beschichtung auf die Fläche des optischen Substrats.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schritt des Einstellens einer ortsabhängigen Bedampfungsrate, ein Verkippen der Aufdampfkeule gegenüber der Halteposition und dadurch der Fläche des optischen Substrats, so dass die Beschichtung mit einer ortsabhängigen Bedampfungsrate erzeugt wird, ferner umfasst der Schritt ein Verkippen der Halteposition und dadurch der Fläche gegenüber der Verdampfungsquelle.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schritt des Einstellens einer ortsabhängigen Bedampfungsrate, ein Einstellen eines Abschattungseffekts der Aufdampfkeule gegenüber der Fläche des optischen Substrats, wobei der Abschattungseffekt durch den Probenhalter hervorgerufen wird, so dass verschiedene Bereiche der Fläche des optischen Substrats unterschiedliche Bedampfungsraten aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren den zusätzlichen Schritt: Drehen des Probenhalters um die Verdampfungsquelle. Durch Drehen des Probenhalters um die Verdampfungsquelle wird idealerweise orthogonal zum Gradienten eine homogene Beschichtung erzielt, wodurch der Gradient in der Beschichtung des optischen Materials in nur eine Richtung erzeugt wird.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren den zusätzlichen Schritt: Verändern eines Abstands zwischen der Verdampfungsquelle und der Fläche des optischen Substrats. Durch Veränderung des Abstands zwischen der Verdampfungsquelle und der Fläche des optischen Substrats können die Bedampfungsraten auf der Fläche des optischen Substrats weiter angepasst werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schritt des Aufdampfens einer Beschichtung auf die Fläche des optischen Substrats, ein Aufdampfen einer Schichtfolge, wobei die Schichtfolge zumindest ein hochbrechendes Material und/oder ein niedrigbrechendes Material umfasst. Durch das Aufdampfen einer Schichtfolge auf das optische Substrat können unterschiedliche Filtercharakteristika des dielektrischen Verlaufsfilters realisiert werden. Unter dem Aufbringen einer Schichtfolge ist hierbei das Aufbringen einzelner Schichten auf das optische Substrat zu verstehen. Hierzu können beispielsweise hochbrechende Materialien oder niedrigbrechende Materialien verwendet werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass sich die Schichten aus einem hochbrechenden Material und einem niedrigbrechenden Material abwechseln.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Aufbringen des hochbrechenden Materials mittels einer ersten Verdampfungsquelle und das Aufbringen des niedrigbrechenden Materials mittels einer zweiten Verdampfungsquelle. Mehrere Verdampfungsquellen haben den Vorteil, dass verschiedene Schichten direkt nacheinander auf das optische Substrat aufgebracht werden können oder gegebenenfalls die Zusammensetzung der Beschichtung während des Aufdampfprozesses verändert werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Material der Schichtfolge für das hochbrechende Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titanoxid, Tantaloxid, Zirkoniumoxid, Siliziumnitrid und für das niedrigbrechende Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumfluorit, Siliziumoxid oder Aluminiumoxid.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Schichtdicke des hochbrechenden Materials und/oder des niedrigbrechenden Materials zwischen 10 Nanometer und 600 Nanometer.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Schichtdicke zwischen 30 Nanometer und 300 Nanometer.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt die die Anzahl der Schichten in der Schichtfolge zwischen einer Schicht und 200 Schichten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Anzahl der Schichten zwischen sechs Schichten und 30 Schichten.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein dielektrisches Verlaufsfilter angegeben, hergestellt nach dem zuvor beschriebenen Verfahren, wobei der dielektrische Verlaufsfilter ein optisches Substrat umfasst, wobei das optische Substrat einen ortsabhängigen Gradienten einer Beschichtung auf einer Fläche des optischen Substrats aufweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt ein Transparenzbereich des dielektrischen Verlaufsfilters bei einer Wellenlänge zwischen 350 Nanometer und 3000 Nanometer.
Erfindungsgemäß ist außerdem die Verwendung eines dielektrischen Verlaufsfilters, hergestellt mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens, in einem Spektrometer angegeben. Im Gegensatz zu reinen Interferenzfiltern, die nur eine Wellenlänge passieren lassen, erlauben die erfindungsgemäßen Verlaufsfilter auch den Einsatz in Experimenten oder Geräten, die einen großen Wellenlängen-Abstimmbereich bis weit in den Infrarotbereich erfordern. Die erfindungsgemäßen dielektrischen Verlaufsfilter eignen sich daher idealerweise zur Verwendung in einem Monochromator oder Spektrometer für spektrale Strahlungsmessungen, wenn bei mittlerer spektraler Auflösung ein sehr weiter Spektralbereich genutzt werden soll, ohne dass der optische Aufbau wesentlich verändert wird.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die dielektrische Beschichtung eine Verwendung als Strahlteiler. Dieser kann sowohl polarisationsunabhängig oder polarisationsabhängig ausgelegt werden. Eine Anpassung des Teilungsverhältnisses ist zum Beispiel durch Verschieben der Probe möglich.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die dielektrische Beschichtung eine Verwendung als spektraler Filter. Eine Selektion beispielsweise der Wellenlänge, der Polarisation oder der Bandbreite kann zum Beispiel durch Verschieben der Probe ermöglicht werden.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die dielektrische Beschichtung eine Verwendung zur Anpassung der spektralen Phase. Die Gruppendispersion kann zum Beispiel durch eine Änderung des quadratischen Anteils verändert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragbar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.
Es zeigen:

1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes homogenes dielektrisches Filter, wobei durch Verkippen die wellenlängenabhängige Transmission verändert wird,
2 ein dielektrisches Verlaufsfilter gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine Anordnung zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 einen Probenhalter für eine Anordnung zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 ein dielektrisches Verlaufsfilter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 ein Diagramm des Transmissionsverhaltens eines dielektrischen Verlaufsfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei unterschiedlichen Positionen des dielektrischen Verlaufsfilters für unterschiedliche Wellenlängen,
7 den Lagenaufbau eines dielektrischen Verlaufsfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
8 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Herstellung eines dielektrischen Verlaufsfilters gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes homogenes dielektrisches Filter 1 gezeigt. Bei homogenen dielektrischen Filtern 1 kann durch ein Verkippen des Filters 1 die wellenlängenabhängige Transmission des Filters 1 verändert werden. Zum Beispiel wird Licht mit den Wellenlängen A und B ohne Verkippung des Filters 1 transmittiert und bei Verkippung des Filters 3 wird die Wellenlänge A transmittiert und die Wellenlänge B reflektiert. In 1 ist der nicht verkippte Filter 1 und der verkippte Filter 3 gezeigt. Beim Verkippen des dielektrischen Filters 1 wird zwar die Transmissionscharakteristik des optischen Filters 1 verändert, allerdings wird auch ein zusätzlicher Strahlversatz 4 in den Strahlengang eingefügt und der Eingangsstrahl 2 um eine bestimmte Strecke versetzt, wodurch diese Filter einen großen Nachteil im experimentellen Einsatz haben.
Die 2 zeigt ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter dielektrischer Verlaufsfilter 5. In 2 ist gezeigt, dass der dielektrische Verlaufsfilter 5 einen Gradienten 7 in der Beschichtung entlang einer Achse aufweist. Durch den Gradienten 7 in der Beschichtung wird eine wellenlängenabhängige Lichtmodifikation ermöglicht, ohne einen Strahlenversatz zu erzeugen. Es können beispielsweise die Transmission, die Phase des Lichtes oder die Gruppengeschwindigkeitsdispersion modifiziert werden. Dabei wird die Interferenz in dem Gradienten 7 der Beschichtung entlang einer Achse genutzt, um eine Wellenlängenabhängigkeit zu erzeugen. Bei dem Gradienten 7 in der Beschichtung des dielektrischen Verlaufsfilters 5 kann es sich insbesondere um einen Gradienten 7 in der Dicke der Beschichtung handeln, der während des Aufdampfprozesses auf ein optisches Substrat 8 des dielektrischen Verlaufsfilters 5 aufgebracht wird.
3 zeigt eine Anordnung 6 zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dielektrische Verlaufsfilter 5 werden durch das Abscheiden einer Beschichtung auf einem optischen Substrat 8 hergestellt. Die Beschichtung kann dabei auch aus einer Schichtfolge 18 aus mehreren Schichten 19, 20 bestehen, die nacheinander auf das optische Substrat 8 aufgedampft werden. Um einen Gradienten 7 in der Beschichtung des dielektrischen Verlaufsfilters 5 zu erhalten, werden die Schichten 19, 20 mit einer kontrollierten Zusammensetzung und mit einem bestimmten Profil auf das optische Substrat 8 abgeschieden. Hierzu wird insbesondere eine ortsabhängige Bedampfungsrate verwendet, mittels der der Gradient 7 in der Beschichtung erzeugt wird. Die in 3 gezeigte Anordnung umfasst daher zwei Verdampfungsquellen 12, 13, die dazu dienen, die Materialien die als Beschichtung auf dem optischen Substrat aufgedampft werden sollen, zu verdampfen.
Durch das Verdampfen der Materialien entsteht eine Aufdampfkeule 14 mittels derer die Materialien auf eine Fläche 14 des optischen Substrats 8 aufgedampft werden. Das optische Substrat 8 wird dabei in einem Probenhalter 11 in einer Halteposition gehalten. Um einen Gradienten 7 in der Beschichtung auf dem optischen Substrat 8 zu erzeugen, ist die Aufdampfkeule 14 derart ausgerichtet, eine ortsabhängige Bedampfungsrate auf der Fläche 10 des optischen Substrats 8 zu erzeugen. In 3 ist außerdem gezeigt, dass der Probenhalter 11 und dadurch die Fläche 10 gegenüber der Verdampfungsquelle 12, 13 verkippt ist. Beide Maßnahmen basieren auf dem Prinzip der abstandsabhängigen Depositionsrate welche sich im Idealfall mit 1/r³ verhält. Hierdurch wird eine ortsabhängige Bedampfungsrate auf der Fläche 10 des optischen Substrats 8 erzeugt, die wiederum einen Gradient 7 in der Beschichtung erzeugt. Durch die Verwendung von zwei Verdampfungsquellen 12, 13 können alternierende Schichten 19, 20 (oder im Wesentlichen eine beliebige Folge von Schichten 18) aus niedrigbrechendem Material 19 und hochbrechendem Material 20 auf das optische Substrat 8 aufgedampft werden.
In 4 ist der in 3 gezeigte Probenhalter 11 für eine Anordnung 6 zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail abgebildet. In 4 ist gezeigt, wie das optische Substrat 8 in dem Probenhalter 11 gehalten wird. Durch eine geschickte Wahl der Geometrie des Probenhalters 11 und der Ausrichtung des Probenhalters 11 zur Verdampfungsquelle 12, 13 kann ein Schatteneffekt 15 ausgenutzt werden, welcher die ortsabhängige Bedampfungsrate und damit die Bildung des Gradienten 7 der Beschichtung auf dem optischen Substrat 8 weiter verstärkt.
5 zeigt ein dielektrisches Verlaufsfilter 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 5 ist zu erkennen, dass der dielektrische Verlaufsfilter 5 einen Gradienten 7 entlang einer vertikalen Achse aufweist. Außerdem sind verschiedene Positionen 21 auf dem dielektrischen Verlaufsfilter 5 gezeigt, wobei Positionen 21 die gemeinsam auf einer waagerechten Achse liegen den gleichen Gradienten 7 aufweisen. Während des experimentellen Einsatzes des dielektrischen Verlaufsfilters 5 ist ein Durchstimmen durch ein Verdrehen 16 des Filters 5 in der Ebene möglich, ohne einen Strahlenversatz oder eine Winkelabhängigkeit des austretenden Strahls zu erzeugen. Hierdurch wird eine einfach Justage und Optimierung von optischen Systemen ermöglicht, wodurch eine große Zeitersparnis bei der Durchführung von optischen Experimenten erzielt wird.
6 zeigt ein Diagramm des Transmissionsverhaltens eines dielektrischen Verlaufsfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei unterschiedlichen Positionen des dielektrischen Verlaufsfilters für unterschiedliche Wellenlängen. Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Filter können dazu verwendet werden, um die Transmission wellenlängenabhängig zu manipulieren. Bei dem in 6 gezeigten Filter wurde als Zielwellenlänge 1605 Nanometer und 743 Nanometer gewählt. Licht bei einer Wellenlänge von 1605 Nanometer wird positionsabhängig abgeschwächt. Licht bei einer Wellenlänge von 743 Nanometer wird mit einer möglichst geringer Positionsabhängigkeit weiter transmittiert. Bei der Wellenlänge von 1605 Nanometer wird die Transmission zwischen Position 1 und Position 5 in einem Bereich von 87 % verändert. Für die zweite Wellenlänge bei 743 Nanometer wird dabei eine Veränderung von weniger als 2 % gemessen.
7 zeigt den Lagenaufbau eines dielektrischen Verlaufsfilters 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Unterschiedliche Filtercharakteristika werden durch unterschiedliche Schichtfolgen 18 von hochbrechenden Materialien 20 und niedrigbrechenden Materialien 19 erzielt. Hierzu können beispielsweise als hochbrechende Materialien 20 Titanoxid, Tantaloxid, Zirkoniumoxid oder Siliziumnitrid und als niedrigbrechende Materialien 19 Magnesiumfluorit, Siliziumoxid, oder Aluminiumoxid eingesetzt werden. Die einzelnen Schichten 19, 20 haben dabei eine Dicke von 10 Nanometer bis 600 Nanometer. In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel liegen die Dicken der Schichten im Bereich von 30 Nanometer bis 300 Nanometer. Je nach Anforderung der Filter werden zwischen einer und 200 Schichten benötigt. In einer bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden typischerweise zwischen sechs und 30 Schichten aufgebracht. Die Filterschichten 19, 20 können auf unterschiedliche Materialien und Substrate 7 aufgebracht werden. In einem Ausführungsbeispiel können beispielsweise Glassubstrate z. B. Borat- oder Silikatglas mit einer ebenen Oberfläche verwendet werden. Auch können in dem erfindungsgemäßen Verfahren gekrümmte Oberflächen, wie beispielsweise Linsen verwendet werden und beschichtet werden.
8 zeigt ein Ablaufschema eines Verfahrens zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters 5 gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Verfahren beginnt mit Schritt 800 mit dem Bereitstellen einer Anordnung 6 zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters 5 wie sie z. B. zuvor in 3 gezeigt ist. In Schritt 810 wird ein optisches Substrat 8 bereitgestellt. Beispielsweise können als optische Substrate Borat- oder Silikatgläser verwendet werden. Das optische Substrat 8 wird in einen Probenhalter 11 eingespannt und in einer bestimmten Halteposition gegenüber der Verdampfungsquelle 12, 13 gehalten. In Schritt 820 wird eine ortsabhängigen Bedampfungsrate eingestellt. Dabei wird das Prinzip der abstandsabhängigen Depositionsrate ausgenutzt, die eine ortsabhängige Bedampfungsrate auf der zu bedampfen Fläche 10 des optischen Substrats 8 erzeugt. Eine abstandsabhängigen Depositionsrate wird zum einen dadurch erzeugt, dass die Aufdampfkeule 14, die durch das Verdampfen des Beschichtungsmaterials in der Verdampfungsquelle 12, 13 entsteht, gegenüber der Fläche 10 des optischen Substrats 8 verkippt ist. Des Weiteren wird die Halteposition des optischen Substrats 8 und dadurch die Fläche 10 des optischen Substrats 8 gegenüber der Verdampfungsquelle 12, 13 verkippt. Beide Maßnahmen führen zu einer ortsabhängigen Bedampfungsrate auf der Fläche 10 des optischen Substrats 8. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es außerdem vorgesehen sein, dass der Probenhalter 11 derart eingerichtet ist, einen Abschattungseffekt 15 der Aufdampfkeule 14 gegenüber der Fläche 10 des optischen Substrats 8 zu erzeugen. Durch den Abschattungseffekt 15 wird die ortsabhängige Bedampfungsrate und damit die Bildung des Gradienten 7 in der Beschichtung des optischen Substrats 8 weiter verstärkt. In Schritt 830 wird eine Beschichtung auf die Fläche 10 des optischen Substrats 8 aufgedampft. Durch die zuvor durchgeführten Maßnahmen wird aufgrund der ortsabhängigen Bedampfungsrate ein Gradient 7 in der Beschichtung des optischen Substrats 8 erzeugt. Auch kann es vorgesehen sein, dass der Probenhalter 11 während des Aufdampfprozesses gedreht wird, um eine homogene Beschichtung orthogonal zum Gradienten 7 in nur einer Richtung zu erhalten. Dieser eindimensionale Gradient 7 erlaubt die Veränderung der Transmissionscharakteristik durch eine Rotation 16 des Filters 5. Weiter kann es vorgesehen sein, dass als Beschichtung auf dem optischen Substrat 8 eine Schichtfolge 18 bestehend aus unterschiedlichen alternierenden Schichten 19, 20 aufgedampft wird. Dabei kann die Schichtfolge 18 zumindest ein hochbrechendes Material 20 und/oder ein niedrigbrechendes Material 19 umfassen. Beispielsweise kann das hochbrechende Material 20 Titanoxid, Tantaloxid, Zirkoniumoxid, Siliziumnitrid umfassen und das niedrigbrechende Material 19 z. B. Magnesiumfluorit, Siliziumoxid oder Aluminiumoxid umfassen. Die Schichtdicke der einzelnen Schichten 19, 20 kann dabei zwischen 10 Nanometer und 600 Nanometer liegen, insbesondere zwischen 30 Nanometer und 300 Nanometer. Die Anzahl der Schichten 19, 20 in der Schichtfolge 18 kann dabei zwischen einer und 200 Schichten insbesondere zwischen 6 und 30 Schichten betragen. Mit diesem Verfahren können quasi alle Wellenlängenkombinationen innerhalb des Transparenzbereiches der verwendeten Beschichtungs- und Substratmaterials adressiert werden, wobei der der Bereich typischerweise zwischen 350 Nanometer und 3000 Nanometer liegt. Neben der klassischen Anwendung der Transmissionsveränderung können auch die Phase, die Polarisation oder die Gruppengeschwindigkeitsdispersion manipuliert werden. Alle durch dieses Verfahren hergestellte Filter 5 haben den Vorteil, dass sie gleichzeitig zwei oder mehr Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche unabhängig voneinander manipulieren können ohne dabei die Strahlführung des Lichtstrahls zu verändern. Dies ist beispielsweise ein wichtiger Punkt bei präzisen ausgerichteten Strahlen, bei denen schon kleinste Strahlrichtungsabweichungen (beispielsweise hervorgerufen durch ein verkippen eines Glassubstrates und somit einer Änderung der optischen Weglänge) zu großen Schwankungen des Messergebnisses führen können. Dies könnte zum Beispiel bei der Einkopplung von Strahlen in eine Glasfaser oder der Transmission von Strahlung beispielsweise durch einen Spalt der Fall sein.
Bezugszeichenliste

1: Filter
2: Eingangsstrahl
3: verkippter Filter
4: Strahlenversatz durch Verkippen des Filters
5: Verlaufsfilter
6: Anordnung zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters
7: Gradient
8: optisches Substrat
10: Aufdampfebene
11: Probenhalter
12: erste Verdampfungsquelle
13: zweite Verdampfungsquelle
14: Aufdampfkeule
15: Abschattungseffekt des Probenhalters
16: Rotation
17: Lochblende
18: Schichtfolge
19: niedrigbrechendes Material
20: hochbrechendes Material
21: verschiedene Positionen auf dem dielektrischen Verlaufsfilter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5872655 [0006]

Claims

Anordnung zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters (5) aufweisend ein optisches Substrat (8) und eine Beschichtung, umfassend eine Verdampfungsquelle (12) zum Aufdampfen der Beschichtung mittels einer Aufdampfkeule (14) auf eine Fläche (10) des optischen Substrats (8), und einen Probenhalter (11) zum Aufnehmen des optischen Substrats (8) in einer Halteposition, wobei die Aufdampfkeule (14) ausgerichtet ist, die Beschichtung mit einer ortsabhängigen Bedampfungsrate zu erzeugen, so dass ein Gradient (7) in der Beschichtung erzeugt wird, und die Halteposition und dadurch die Fläche (10) gegenüber der Verdampfungsquelle (12) verkippt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenhalter (11) derart eingerichtet ist, einen Abschattungseffekt (15) der Aufdampfkeule (14) gegenüber der Fläche (10) des optischen Substrats (8) zu erzeugen.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zumindest eine zweite Verdampfungsquelle (13) umfasst.
Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenhalter (11) drehbar in der Anordnung (6) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters (5) umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen der Anordnung zum Herstellen eines dielektrischen Verlaufsfilters (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, - Bereitstellen eines optischen Substrats (8), - Einstellen einer ortsabhängigen Bedampfungsrate, so dass beim Aufdampfen einer Beschichtung auf die Fläche (10) des optischen Substrats (8) ein Gradient (7) in der Beschichtung auf der Fläche (10) des optischen Substrats (8) erzeugt wird, - Aufdampfen einer Beschichtung auf die Fläche (10) des optischen Substrats (8).
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens einer ortsabhängigen Bedampfungsrate, ein Verkippen der Aufdampfkeule (14) gegenüber der Halteposition und dadurch der Fläche (10) des optischen Substrats (8) umfasst, so dass die Beschichtung mit einer ortsabhängigen Bedampfungsrate erzeugt wird, der Schritt des Einstellens einer ortsabhängigen Bedampfungsrate weiter ein Verkippen der Halteposition und dadurch der Fläche (10) gegenüber der Verdampfungsquelle (12) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens einer ortsabhängigen Bedampfungsrate, ein Einstellen eines Abschattungseffekts (15) der Aufdampfkeule (14) gegenüber der Fläche (10) des optischen Substrats (8) umfasst, wobei der Abschattungseffekt (15) durch den Probenhalter (11) hervorgerufen wird, so dass verschiedene Bereiche der Fläche (10) des optischen Substrats (8) unterschiedliche Bedampfungsraten aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den zusätzlichen Schritt umfasst: - Drehen des Probenhalters (11) um die Verdampfungsquelle (12, 13).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den zusätzlichen Schritt umfasst: - Verändern eines Abstands zwischen der Verdampfungsquelle (12, 13) und der Fläche (10) des optischen Substrats (8).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufdampfens einer Beschichtung auf die Fläche (10) des optischen Substrats (8), ein Aufdampfen einer Schichtfolge (18) umfasst, wobei die Schichtfolge (18) zumindest ein hochbrechendes Material (20) und/oder ein niedrigbrechendes Material (19) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des hochbrechenden Materials (20) mittels einer ersten Verdampfungsquelle (12) und das Aufbringen des niedrigbrechenden Materials (19) mittels einer zweiten Verdampfungsquelle (13) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schichtfolge (18) für das hochbrechende Materialien (20) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titanoxid, Tantaloxid, Zirkoniumoxid, Siliziumnitrid und für das niedrigbrechende Materialien (19) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumfluorit, Siliziumoxid oder Aluminiumoxid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des hochbrechenden Materials (20) und/oder des niedrigbrechenden Materials (19) zwischen 10 Nanometer und 600 Nanometer liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke zwischen 30 Nanometer und 300 Nanometer liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schichten in der Schichtfolge (18) zwischen einer Schicht und 200 Schichten beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schichten zwischen sechs Schichten und 30 Schichten beträgt.
Dielektrisches Verlaufsfilter (5) hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Verlaufsfilter (5) ein optisches Substrat (8) umfasst, wobei das optische Substrat (8) einen ortsabhängigen Gradienten (7) einer Beschichtung auf einer Fläche (10) des optischen Substrats (8) aufweist.
Dielektrisches Verlaufsfilters (5) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transparenzbereich des dielektrischen Verlaufsfilters (5) bei einer Wellenlänge zwischen 350 Nanometer und 3000 Nanometer liegt.
Verwendung eines dielektrischen Verlaufsfilter (5) hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 16 in einem Spektrometer.