Wellenlängenselektives und ordnungsabhängiges Effizienzverhalten tiefer ‚blaze-artiger‘ diffraktiver Multi-Order - Multi-Layer-Strukturen: Auslegung, systemische und prozessuale Modellbildung, sowie experimentelle Validierung

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Brunner
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538491566

Das Ziel des Projekts 'Select' ist die grundlegende Untersuchung eines verallgemeinerbaren Modells für Multi-Layer diffractive optical elements (MLDOEs) zur simultanen, maßgeschneiderten wellenlängenselektiven Effizienzverteilung über mehrere ausgewählte Beugungsordnungen. Bisher konzentrierte sich die Forschung zu MLDOEs fast ausschließlich auf die 'Effizienz-Achromatisierung', d.h., das Ziel beschränkte sich darauf, hohe Beugungseffizienz in nur einer Beugungsordnung über einen ausgewählten Wellenlängenbereich zu erreichen. In diesem Projekt gehen wir einen deutlichen Schritt weiter und untersuchen neue Möglichkeiten und Eigenschaften für bildgebende Systeme, und erweitern signifikant die Fähigkeiten etablierter Ansätze. Konkret liegt unser Fokus darauf, diffraktive optische Elemente maßzuschneidern, die hohe Beugungseffizienz wellenlängenselektiv verteilen, zum Beispiel zwischen der 0., 1., 2. und -1. Beugungsordnung. Dadurch ermöglichen wir unterschiedliche Brennpunkte für diese Ordnungen, indem wir entweder positive, negative oder keine zusätzliche optische Leistung für die DOEs einführen und nutzen. Neben theoretischen (simulationsbasierten) Studien sind auch experimentelle Untersuchungen notwendig, um die Herstellbarkeit der strukturellen Parameter festzustellen. Um die Beugungseffizienz verschiedenen Ordnungen zuordnen zu können, werden 'ungewöhnliche' Materialien wie Flüssigkeiten mit hohem Brechungsindex, Nanokomposite und Schichtmaterialien mit starker Dispersion besonders berücksichtigt. Erwartete Herausforderungen für die Herstellung von MLDOEs erfordern die präzise Strukturierung von ‚geblazten‘ Profilen und beinhalten daher große Strukturhöhen (im Bereich von 0,5 µm bis > 50 µm), hochgradig (optisch) glatte Oberflächen der Nutz-Facetten (Rauheit im Nanometerbereich), Vermeidung/Reduzierung von Abrundungen an den Ecken, Vermeidung von periodischen Strukturartefakten und insbesondere die Machbarkeit, eine breite Auswahl unterschiedlicher Materialien strukturieren zu können. Um diesen Anforderungen mit einem hohen Maß an Flexibilität gerecht zu werden, werden kombinierte Prozessketten aus Laser-Graustufen-Lithographie und Trocken-Ätztechniken (RIE/RIBE) untersucht. Eine weitere zentrale Herausforderung bei der Herstellung von MLDOEs betrifft die Füllung von Oberflächenprofilen unter Verwendung von Materialien mit hochspezifischen und oft sehr unterschiedlichen Dispersionseigenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen