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Diffraktive Optische Elemente für moderne mikrooptische Systeme

Stankovic, Svetomir :
Diffraktive Optische Elemente für moderne mikrooptische Systeme.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2002)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Diffraktive Optische Elemente für moderne mikrooptische Systeme
Language: German
Abstract:

Die Arbeit behandelt die Berechnung, Herstellung und Anwendung Diffraktiver Optischer Elemente (DOEs), deren Zusammenspiel eine Vielzahl neuer Probleme offenbarte, die in dieser Form zuvor noch nicht behandelt wurden. Ziel war die Verbindung dieser Teilgebiete zu einer Gesamtkette, um eine Qualitätsverbesserung der DOEs zu erreichen und dadurch neue Anwendungsfelder zu erschließen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden DOEs für eine Reihe von Anwendungen konzipiert, die im Detail besprochen werden und an denen die Wichtigkeit der Verbindung von Design und Herstellung eindrücklich demonstriert werden kann. Am Beispiel des neuartigen Dual-Layer DVD Pickup-Systems wird deutlich, wie effizient der Einsatz von DOEs vor allem auch in Low-Cost Systemen sein kann. Weitere vorgestellte Anwendungen sind z.B. die Speckle-Reduktion für Laser-TV, sowie zwei Anwendungen für Hochleistungsdiodenlaser: die asphärische Korrektur von Linsen mit Subwellenlängen-Gittern und die Strahlumordnung mit Arrays von geblazten Gittern. Die wichtigsten bestehenden Berechnungsverfahren (analytische und iterative) für DOEs wurden untersucht, modifiziert und erweitert (z.B. Finite-Elemente Methode). Es wurden neue Optimierungsalgorithmen (u.a. für Fan-Out Elemente und geblazte Liniengitter) entwickelt, die Einschränkungen und Fehler einbeziehen, die sich durch die Herstellung zwangsläufig ergeben, wodurch sie deutlich höhere Beugungseffizienzen erreichen können. Umgekehrt wurden, von der Anwendung ausgehend, Anforderungen formuliert und auf die Herstellungstechnik übertragen. Hierzu wurde ein Laserlithographiesystem entwickelt, mit dem qualitativ hochwertige DOEs mit hoher Auflösung (Spotdurchmesser ca. 700-900 nm, Positioniergenauigkeit: 20 nm) hergestellt werden konnten. Durch die Implementation eines vektoriellen Schreibmodus konnte eine sehr präzise Darstellung von Kurven erreicht werden. Zur axial und lateral hochauflösenden Vermessung hergestellter Strukturen wurde ein Weißlichtinterferenz-Mikroskop aufgebaut an dem verschiedene Meßverfahren untersucht und auf ihre Eignung zur Vermessung der Topographien der hergestellten DOEs beurteilt wurden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The topic of this work is the calculation and fabrication of diffractive optical elements (DOEs) and their application in modern microoptical systems. The aim was to establish a connection between aspects of calculation, fabrication and application and thereby to improve the quality of the DOEs in order to extend the range of their possible applications. Various applications were realized and are presented in detail. The dual-layer DVD pickup-system shows the advantages of DOEs in low-cost systems. Further examples are the speckle-reduction system for laser television, the aspheric correction of lenses using sub-wavelength gratings and the re-distributor for high-power diode lasers using arrays of blazed gratings. Existing algorithms for the calculation of DOEs were investigated, modified and extended (e.g. the Finite-Element Method). New algorithms (e.g. for Fan-Out elements and blazed linear gratings) were implemented that take in consideration fabrication aspects and thereby achieve higher diffraction efficiencies. Considering the demands of applications and aspects of calculation algorithms, a laser lithography system was built-up that is suitable for the fabrication of high-quality, high-resolution DOEs (spot diameter 700-900 nm, position accuracy 20 nm). The system features a vector mode for the description of structure data, which allows curves to be shaped very accurately. In order to characterize the fabricated elements, a white-light interference microscope was constructed, which provides both, high lateral and axial resolution. Different measuring techniques were tested with respect to their suitability for measuring the topography of the DOEs.English
Uncontrolled Keywords: Diffraktive Optik, Mikrolithographie, Speckle-Reduktion
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Diffraktive Optik, Mikrolithographie, Speckle-ReduktionGerman
microlithography, diffractive optics, dvd, speckle-reduction, wave opticsEnglish
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:48
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000234
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-2345
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Tschudi, Prof. Dr. Theo and Elsäßer, Prof. Dr. Wolfgang
Advisors: Tschudi, Prof. Dr. Theo
Refereed: 3 July 2002
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/234
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