Diffraktive Optik

DOEs lassen sich in vielfältiger Weise in optischen Systeme integrieren. Durch flexible Berechnungsmethoden und unterschiedliche Herstellungsverfahren lassen sich unterschiedliche optische Funktionen verwirklichen.

Die Prüfung mancher aspärischer Oberflächen mittels Interferometern oder SHSLab werden mit DOEs überhaupt erst ermöglicht oder zumindest wesentlich vereinfacht. Dabei fungiert das DOE als Null-Linse und übernimmt teilweise auch die Funktion von Strahlteiler und -vereiniger.

Desweiteren können DOEs zur Strahlformung eingesetzt werden. In der Materialbearbeitung lässt sich damit ein Gauss-Lasermode beipielsweise in ein Flattop transformieren.

Durch das Funktionsprinzip von diffraktiver Optik lassen sich auch Achromatisierung oder andere wellenlängenabhängige Funktionen mit DOEs verwirklichen. Auch für optische Verbindungstechnik oder Shearing-Interferometrie können DOE zur Strahlteilung und Rekombination eingesetzt werden.

Das Funktionsprinzip von DOEs - bei einigen Anwendungen auch computer-generierte Hologramme (CGHs) genannt - beruht auf der Beugung von Licht. Anschaulich kommt der Übergang von refraktiver zu diffraktiver Optik dadurch zustande, dass im optischen Element Material entfernt wird, welches bei einer bestimmten Wellenlänge eine Phasenverzögerung des Lichts um ein Vielfaches der Wellenlänge bewirkt. Damit erhält man eine Wellenlängenabhängigkeit, die bei Anwendungen zu berücksichtigen ist. DOEs sind im Vergleich zu ihrem refraktiven Pedant nur dünne, strukturierte Elemente, was eine wesentliche Platz- und Gewichtsersparnis bedeutet.

Zur Berechnung der Strukturen von DOEs oder CGHs verwenden wir unsere umfangreiche, über viele Jahre weiterentwickelte Design-Software. Mit ihrer Hilfe lassen sich neben einfachen optischen Funktionen (z.B. Gitter oder Linsen) auch komplizierte, polynomial beschriebene Phasenfunktionen im DOE verwirklichen. Es stehen dabei sowohl iterative Fouriermethoden (IFTA) als auch geometrische Verfahren wie inverses Raytracing (IRT) zur Verfügung.

Je nach Anwendung bieten wir verschiedene Möglichkeiten der Umsetzung der gewünschten Funktionalität des DOE. In der einfachsten Form wird das DOE als binäre Amplituden- oder Phasenmaske aus einem mit Chrom und Photolack beschichteten Glassubstrat hergestellt. Sind die Anforderungen an die Effizienz höher, so kann die Wellenfrontinformation auf dem Substrat als mehrstufig oder quasikontinuierliche Phasenmaske kodiert werden. Die mögliche Repositionierung der Maske im Belichtungssystem erlaubt beispielsweise das Anbringen von Justiermasken mit lithographischer Genauigkeit oder die gleichzeitige Herstellung von Amplituden- und Phasenstrukturen.

Neben dem Design und der Herstellung von DOEs bieten wir auch die Auslegung und Optimierung von optischen Systemen an, bei denen DOEs zum Einsatz kommen. Desweiteren weisen wir speziell auf die Verwendung von DOEs als Nulllinsen in Kombination mit unserem Wellenfrontsensor SHSLab zur Prüfung von stark asphärischen Linsen hin.

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