3D diffraktive Elemente durch direktes Femtosekunden-Laserschreiben
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war das Design und die Herstellung computergenerierter diffraktiver optischer 3D-Elemente, ähnlich zu optisch aufgenommenen Volumenhologrammen. Dies bietet die Vorteile von winkel- und wellenlängenselektiven Strukturen, ohne durch die praktischen Einschränkungen bei der physikalischen Hologrammaufnahme beschränkt zu sein. Stattdessen können computergenerierte diffraktive Strukturen mittels Femtosekundenlaser Direktstrukturierung in einem transparenten Dielektrikum bei hoher Prozessgschwindigkeit realisiert werden. Die gepulste Laserstrahlung kann den Brechungsindex im Inneren des Materials lokal verändern. Diese lokale Brechungsindexänderung, genannt Voxel, wird durch tomographische Brechungsindexprofilierung charakterisiert. Das ausgewertete Profil des Brechungsindex dient als Eingabe für den Optimierungsalgorithmus. Der Algorithmus aktiviert oder deaktiviert mögliche Voxel im simulierten 3D-Volumen des Dielektrikums, um die beste Konfiguration für die Formung des gewünschten Lichtfelds zu finden. Dabei simuliert der Algorithmus die Lichtausbreitung so realistisch wie möglich, um Streuung an den Voxeln zu berücksichtigen, was wiederum eine hohe Effizienz bei der Strahlformung gewährleistet. Die berechnete Voxelverteilung wird mittels Femtosekundenlaser Direktstrukturieurng in das Material übertragen. Die so hergestellten Elemente können zur Intensitätsformung eingesetzt werden und erreichen eine bisher beispiellose Beugungseffizienz von bis zu 80 %, wobei die Herstellungszeit ca. 20 min beträgt. Außerdem wurden diffraktive 3D Elemente als räumlicher Modenkonverter und Wellenlängenmultiplexer designet und experimentell realisiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Tomographic refractive index profiling of direct laser written waveguides. Optics Express, 29(22), 35414.
Barré, Nicolas; Shivaraman, Ravi; Ackermann, Lisa; Moser, Simon; Schmidt, Michael; Salter, Patrick; Booth, Martin & Jesacher, Alexander
-
Refractive index tomography of direct fs-laser written waveguides. Advanced Fabrication Technologies for Micro/Nano Optics and Photonics XV, 4. SPIE.
Barré, Nicolas; Shivaraman, Ravi; Ackermann, Lisa; Moser, Simon; Schmidt, Michael; Salter, Patrick; Booth, Martin J. & Jesacher, Alexander
-
Direct laser-written aperiodic photonic volume elements for complex light shaping with high efficiency: inverse design and fabrication. Advanced Photonics Nexus, 2(03).
Barré, Nicolas; Shivaraman, Ravi; Moser, Simon; Salter, Patrick; Schmidt, Michael; Booth, Martin J. & Jesacher, Alexander
-
Inverse methods applied tot he fabrication of femtosecond laser-written spatial mode multiplexers in glass. In IEEE Photonics Society Summer topical Meeting Series (SUM)
Barré, N., Shivaraman, R., Ackermann, L., Moser, S., Schmidt, M., Salter, P., Booth, M. & Jesacher, A.
