Diffraktive Phasenelemente

Die Mikro- und Nanostrukturierung von Oberflächen mit UV-emittierenden Excimer-Lasern eignet sich hervorragend für die schnelle und kostengünstige Herstellung diffraktiver optischer Komponenten. Dazu zählen Gitter, Spot-Array-Generatoren, Strahlformer, usw. Um eine bestimmte optische Funktion zu realisieren, muss die diffraktive Oberflächenstruktur auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Diese Struktur kann mit den verfügbaren Berechnungsverfahren bestimmt werden. Als Träger für diffraktive Komponenten, die in Transmission arbeiten, kommen prinzipiell alle Materialien in Fragen, welche die UV-Strahlung des zur Strukturierung eingesetzten Lasers absorbieren, gleichzeitig aber transparent sind im spektralen Bereich der späteren Anwendung. Hierzu gehören viele Kunststoffe und optische Gläser. Durch den Einsatz eines F₂-Lasers, der bei 157 nm im Vakuum-UV-Bereich emittiert, ist es auch möglich, diffraktive Strukturen in synthetisches Quarzglas zu schreiben - ein Material, das für die technologisch relevante UV-Wellenlänge 193 nm transparent ist. Diffraktive Komponenten, die in Reflexion arbeiten, lassen sich durch Strukturierung dielektrischer Schichtsysteme herstellen. Metalle, deren Mikro- und Nanostrukturierung mittels Nanosekunden-Laserpulsen infolge thermischer Effekte problematisch ist, können mit UV-emittierenden Femtosekundenlasern bearbeitet werden.

Sinusförmiges Reliefgitter in Quarzglas mit 400 nm Periode	Quarz-Gitter mit Rechteckprofil, 2 µm Periode

Die Herstellung diffraktiver Optiken erfolgt typischerweise durch Maskenprojektion. Dabei wird eine im Strahl platzierte Maske verkleinert auf die zu strukturierende Oberfläche abgebildet. Die Form der Maske, die Energiedichte und die Laserpulszahl bestimmen das Abtragsprofil. Großflächige Strukturen werden durch Bewegung des Werkstückes mit Hilfe motorisierter Präzisionstische erzeugt.

Diffraktive optische Elemente aus Saphir

Weiterführende Information:

J.-H. Klein-Wiele, J. Békési, P. Simon, J. Ihlemann
Fabrication of SiO2 phase gratings by UV laser patterning of silicon suboxide layers and subsequent oxidation
Journal of Laser Micro/Nanoengineering 1, 221 (2006)

J. Ihlemann, R. Weichenhain-Schriever
Laser Based Rapid Fabrication of SiO2-phase Masks for Efficient UV-laser Micromachining
Journal of Laser Micro/Nanoengineering 4, 100 (2009)