CZ308307B6 - Odrazivá metalická rezonanční difrakční mřížka s vytékajícím videm, způsob její výroby a její použití - Google Patents
Odrazivá metalická rezonanční difrakční mřížka s vytékajícím videm, způsob její výroby a její použití Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308307B6 CZ308307B6 CZ2018-648A CZ2018648A CZ308307B6 CZ 308307 B6 CZ308307 B6 CZ 308307B6 CZ 2018648 A CZ2018648 A CZ 2018648A CZ 308307 B6 CZ308307 B6 CZ 308307B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- diffraction grating
- layer
- thickness
- resonant
- diffraction
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 19
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 11
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 53
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 12
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 2
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- -1 gold and silver Chemical class 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
- G02B27/44—Grating systems; Zone plate systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1847—Manufacturing methods
- G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1861—Reflection gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
Řešení poskytuje odrazivou metalickou rezonanční difrakční mřížku s vytékajícím videm, sestávající z nosného substrátu (1), souvislé metalické odrazivé vrstvy (2), dielektrické vlnovodné vrstvy (3) a periodického difrakčního obrazce (4) majícího formu metalických proužků s periodou menší nebo srovnatelnou s vlnovou délkou světla, pro nějž je difrakční mřížka určená. Takto vzniklá struktura se pro vyšší mechanickou a chemickou odolnost může, ale nemusí, dále chránit depozicí tenké ochranné dielektrické vrstvy (5) s vhodným indexem lomu.
Description
Odrazivá metalická rezonanční difrakční mřížka s vytékajícím videm, způsob její výroby a její použití
Oblast techniky
Vynález se týká nového řešení mechanicky vysoce odolných odrazivých difrakčních mřížek pro účinnou spektrální optickou filtraci, způsobu jejich výroby a jejich použití.
Dosavadní stav techniky
Difrakční mřížky slouží ke spektrální filtraci a úhlovému rozdělení světla. Vyrábí se například holograficky nebo rytím. Holografické difrakční mřížky mají obvykle sinusově modulovaný profil a proto nízkou difrakční účinnost. Proces rytí umožňuje připravit pilovitý profil s vysokou difrakční účinností pro určitý difrakční řád, ale proces je drahý a pomalý. Rytím se proto připravuje raznice, která se následně používá pro replikaci mřížek otisknutím do měkkých materiálů. Druhotné mřížky vzniklé pokovením tvarovaného povrchu z měkkého materiálu jsou náchylné k mechanickému poškození, např. při čištění. Existují alternativní metody přípravy mřížek s pilovitým profilem, např. šikmým iontovým leptáním tvrdých materiálů (Hiroyuki Sasai, Blazed diffraction grating and method for manufacturing blazed diffraction grating, EP 3056929 Al). Na povrchu tvrdých materiálů, např. taveného křemene, lze též připravit hlubokou pravoúhlou reliéfní transmisní mřížku, která může mít vysokou difrakční účinnost ve zvoleném vidu při šikmém dopadu (Η. T. Nguyen, B. W. Shore, S. J. Bryan, J. A. Britten, R. D. Boyd, and M. D. Perry, “High-efficiency fused-silica transmission gratings,” Opt. Lett. 22, 142 až 144, 1997). Příprava pravoúhlých mřížek s vysokým poměrem hloubky vrypu k jeho šířce pomocí reaktivního iontového leptání je technicky náročná.
Zvláštní kategorii tvoří rezonanční difrakční mřížky s vytékajícím videm (S. S. Wang, R. Magnusson, J. S. Bagby, and M. G. Moharam, Guided-mode resonances in planar dielectriclayer diffraction gratings, J. Opt. Soc. Am. A 7, 1470 až 1474, 1990). Tyto mřížky jsou tvořené reliéfem na povrchu dielektrické vlno vodné vrstvy. Spodní strana vlnovodu může být tvořena substrátem s indexem lomu menším, než má vlnovodná vrstva, zrcadlem sestávajícím z mnoha dielektrických vrstev, nebo kovovou vrstvou. Spodní kovová vrstva může mít reliéfní profil a dielektrická vlnovodná vrstva potom tento profil kopíruje. Záření dopadající na reliéfní difrakční mřížku budí vlnovodný vid v dielektrické vrstvě, který je opět difragován reliéfní mřížkou. Vytékající záření může rezonančně potlačit nežádoucí difrakční řád procesem zvaným destruktivní interference a podpořit žádoucí difrakční řád konstruktivní interferencí. Spektrální filtry založené na dielektrických rezonančních mřížkách s vytékajícím videm jsou např. předmětem patentu US 5598300 (Robert Magnusson, Shu-Shaw Wang, Efficient bandpass reflection and transmission filters with low sidebands based on guided-mode resonance effects), patentové přihlášky US 20060024013 Al (Robert Magnusson, Yiwu Ding, Resonant leaky-mode optical devices and associated methods).
Podstata vynálezu
Předkládaný vynález se týká odrazivé metalické rezonanční difrakční mřížky s vytékajícím videm, která obsahuje nosný substrát, souvislou metalickou vrstvu tvořící zrcadlo, dielektrickou vlnovodnou vrstvu a metalickou mřížku s periodou menší nebo srovnatelnou s vlnovou délkou světla, pro jehož spektrální filtraci je určená, přičemž vhodným návrhem periody mřížky, tloušťky dielektrické vlnovodné vrstvy a tloušťky kovových vrstev lze dosáhnout vysoké difrakční účinnosti do minus prvního odraženého difrakčního řádu a nízké difrakční účinnosti v nultém odraženém difrakčním řádu pro vlnu polarizovanou v rovině dopadu, dále označovanou jako transverzálně magnetickou (TM) polarizovanou vlnu.
- 1 CZ 308307 B6
Předmětem předkládaného vynálezu je tedy rezonanční difrakční mřížka obsahující nosný substrát, na kterém je umístěna metalická odrazivá vrstva, na níž je dále umístěna dielektrická vlnovodná vrstva, na které je umístěn difrakční obrazec, který je metalický. Nosným substrátem je například křemenný nosný substrát, dielektrickou vlnovodnou vrstvou může být například vrstva oxidu křemičitého nebo oxidu hlinitého.
Ve výhodném provedení je na povrch této rezonanční difrakční mřížky nanesená ochranná dielektrická vrstva, která zlepšuje chemickou a mechanickou odolnost odrazivé metalické rezonanční difrakční mřížky s vytékajícím videm. Díky nízkému profilu obrazce (s výhodou o výšce 100 až 200 run) zajišťuje vysokou odolnost proti mechanickému poškození při čištění mřížky.
Ochranná dielektrická vrstva má též funkci vlnovodnou a rozšiřuje spektrální pásmo, v níž dosahuje rezonanční difrakční mřížka s vytékajícím videm vysokou difrakční účinnost. Dielektrická vlnovodná vrstva a ochranná dielektrická vrstva mohou, ale nemusí mít různý index lomu. Dielektrická vlnovodná vrstva může být například vrstva oxidu křemičitého nebo oxidu hlinitého.
Ve výhodném provedení je difrakčním obrazcem difrakční mřížka ve formě proužků s šířkou w, opakujících se s periodou A, přičemž perioda Λ je zvolena tak, aby pro danou vlnovou délku záření a pro úhel dopadu světla difrakční mřížka ohýbala světlo pouze do nultého a minus prvního řádu v odraženém i prošlém záření. Odborník v oboru by byl schopen určit šířku proužků difrakční mřížky i jejich periodu tak, aby dosáhl ohybu světla pouze do nultého a minus prvního řádu v odraženém i prošlém záření pro danou vlnovou délku záření. S výhodou je perioda Λ v rozmezí 800 až 1500 run.
Ve výhodném provedení je tloušťka d metalické odrazivé vrstvy větší než 50 nm, s výhodou větší než 100 nm, výhodněji od 100 nm do 150 nm.
V jiném výhodném provedení je tloušťka h dielektrické vlnovodné vrstvy v rozmezí od 50 nm do 1000 nm, s výhodou od 60 nm do 500 nm, výhodněji od 80 nm do 250 nm.
V dalším výhodném provedení je tloušťka t difrakčního obrazce v rozmezí od 50 nm do 200 nm, s výhodou od 100 nm do 150 nm.
Ve výhodném provedení je šířka w kovových proužků blízká polovině periody A, zpravidla 0,4A<w<0,6A.
V jednom provedení je tloušťka p ochranné dielektrické vrstvy v rozmezí od 50 nm do 1000 nm, s výhodou od 100 nm do 500 nm.
Materiál metalické odrazivé vrstvy a difrakčního obrazce je s výhodou vybraný ze skupiny zahrnující zlato, stříbro, hliník, s výhodou je materiálem zlato a/nebo stříbro.
Princip dosažení vysoké difrakční účinnosti v minus prvním difrakčním řádu a potlačení difrakční účinnosti v nultém difrakčním řáduje následující. Metalický obrazec difrakční mřížky má periodu zvolenou tak, aby pro danou vlnovou délku světla a úhel dopadu difragoval světlo pouze do nultého a minus prvního řádu v odraženém i prošlém záření. Současně se budí vedené vidy v dielektrické vlnovodné vrstvě pod mřížkou. Při vhodné tloušťce vlnovodné vrstvy dojde k rezonančnímu buzení vedených vidů, přičemž vidy šířící se v opačných směrech mají stejnou amplitudu, vytváří stojaté vlnění a neunáší energii. Tyto vedené vidy jsou mřížkou opětovně difragovány do minus prvního a nultého difrakčního řádu. Při vhodně nastavených parametrech metalické rezonanční difrakční mřížky s vytékajícím videm dojde vlivem interference ke vzájemnému vyrušení příspěvků k nultému difrakčnímu řádu a ke konstruktivnímu složení
-2CZ 308307 B6 příspěvků k minus prvnímu difrakčnímu řádu.
Ve výsledku, většina záření dopadající na rezonanční difrakční mřížku s vytékajícím videm je difragována do minus prvního odraženého řádu. Malá část dopadajícího záření se promění na teplo v metalických vrstvách s konečnou elektrickou vodivostí. Pro běžně používané kovy jako zlato a stříbro tyto ztráty mohou být menší než 5 %. Metalická difrakční mřížka s vytékajícím videm poskytuje významné výhody oproti stávajícím řešením difrakčních mřížek. Je to zejména velká variabilita spektrální šířky, vysoká difrakční účinnost do minus prvního odraženého řádu, která by v případě dokonale vodivého kovu dosáhla 100 %, a v případě reálných kovů přesahuje 95 %, velmi nízký povrchový reliéf, který usnadňuje údržbu mřížky, prodlužuje její životnost a zjednodušuje výrobu.
Předmětem předkládaného vynálezu je dále způsob výroby rezonanční difrakční mřížky podle předkládaného vynálezu, kdy se na nosný substrát vakuově napaří metalická odrazivá vrstva, která se dále pokryje dielektrickou vlnovodnou vrstvou, na niž se litograficky vytvoří difrakční obrazec, popřípadě se tento difrakční obrazec dále pokryje ochrannou dielektrickou vrstvou, která může, ale nemusí mít stejný index lomu jako dielektrická vlnovodná vrstva.
Předmětem předkládaného vynálezu je rovněž použití rezonanční difrakční mřížky podle předkládaného vynálezu pro spektrální optickou filtraci ve spektrometrech, optických senzorech, při výběru vlnové délky v laserech a/nebo k úhlovému rozdělení světla podle vlnové délky ve vlnových multiplexerech.
Objasnění výkresů
Obr. 1: Podélný řez odrazivou metalickou rezonanční difrakční mřížkou s vytékajícím videm
Obr. 2: Podélný řez odrazivou metalickou rezonanční difrakční mřížkou s vytékajícím videm a s ochrannou dielektrickou vrstvou
Obr. 3: Difrakční účinnost mřížky podle příkladu 1 a obr. 1 s maximem poblíž vlnové délky 2000 nm pro úhel dopadu 60° a TM polarizaci.
Obr. 4: Difrakční účinnost mřížky podle příkladu 2 a obr. 1 s maximem na vlnové délce 1550 nm pro úhel dopadu 65° a TM polarizaci.
Obr. 5: Difrakční účinnost mřížky podle příkladu 3 a obr. 2 s maximem na vlnové délce 2000 nm pro úhel dopadu 60° a TM polarizaci.
Obr. 6: Difrakční účinnost mřížky podle příkladu 4 a obr. 2 s difrakční účinností větší než 0,9 v širokém spektrálním rozmezí od vlnové délky 1605 nm do vlnové délky 2148 nm při úhlu dopadu 45° a TM polarizaci.
Obr. 7: Difrakční účinnost mřížky podle příkladu 5 a obr. 2 s difrakční účinností větší než 0,9 v širokém spektrálním rozmezí od vlnové délky 1330 nm do vlnové délky 1710 nm při úhlu dopadu 60° a TM polarizaci.
Obr. 8: Difrakční účinnost mřížky s ochrannou vrstvou ve formě oxidu hlinitého podle příkladu 6 a obr. 2 s difrakční účinností větší než 0,9 ve spektrálním rozmezí od vlnové délky 1342 nm do vlnové délky 1698 nm při použití stříbrných metalických vrstev (spojitá čára) a od vlnové délky 1349 nm do vlnové délky 1686 nm při použití hliníkových metalických vrstev (přerušovaná čára) při úhlu dopadu 60° a TM polarizaci.
-3 CZ 308307 B6
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Provedení podle vynálezu určené k dosažení vysoké difrakční účinnosti v minus prvním odraženém difrakčním řádu na vlnové délce 2000 nm, sestávající z nosného křemenného substrátu 1, na který je vakuově napařená zlatá vrstva 2 o tloušťce 125 nm, vrstva 3 oxidu křemičitého o tloušťce 190 nm, na níž je litograficky definován zlatý obrazec 4 o tloušťce 125 nm s periodou 1150 nm a střídou 0,5 (tj. šířka kovových proužků obrazce je stejná, jako šířka mezer mezi sousedními proužky). Na obr. 3 je vykreslena spektrální závislost difrakční účinnosti do minus prvního řádu pro světlo dopadající pod úhlem 60° ke kolmici na povrch a TM polarizaci.
Příklad 2
Provedení podle vynálezu určené k dosažení vysoké difrakční účinnosti v minus prvním odraženém difrakčním řádu na vlnové délce 1550 nm, sestávající z nosného křemenného substrátu 1, na který je vakuově napařená zlatá vrstva 2 o tloušťce 125 nm, vrstva 3 oxidu křemičitého o tloušťce 95 nm, na níž je litograficky definován zlatý obrazec 4 o tloušťce 125 nm s periodou 857 nm a střídou 0,5. Na obr. 4 je vykreslena závislost difrakční účinnosti do minus prvního řádu pro úhel dopadu 65° a TM polarizaci.
Příklad 3
Provedení podle vynálezu určené k dosažení vysoké difrakční účinnosti v minus prvním odraženém difrakčním řádu na vlnové délce 2000 nm, sestávající z nosného křemenného substrátu 1, na který je vakuově napařena zlatá vrstva 2 o tloušťce 125 nm, dále vrstva 3 oxidu křemičitého o tloušťce 216 nm, na níž je litograficky definován zlatý obrazec 4 o tloušťce 125 nm s periodou 1150 nm a střídou 0,5, který je dále chráněn vrstvou 5 oxidu křemičitého o tloušťce 150 nm. Toto provedení se vyznačuje vysokou difrakční účinností, mechanickou a chemickou odolností. Na obr. 5 je vykreslena závislost difrakční účinnosti do minus prvního řádu pro úhel dopadu 60° a TM polarizaci.
Příklad 4
Provedení podle vynálezu určené k dosažení difrakční účinnosti vyšší než 0,9 v minus prvním odraženém difrakčním řádu v širokém spektrálním intervalu od vlnové délky 1605 nm do vlnové délky 2148 nm, sestávající z nosného křemenného substrátu 1, na který je vakuově napařena zlatá vrstva 2 o tloušťce 100 nm, vrstva oxidu křemičitého 3 o tloušťce 190 nm, na níž je litograficky definován zlatý obrazec 4 o tloušťce 100 nm s periodou 1320 nm a střídou 0,5, který je dále chráněn opticky funkční vrstvou 5 oxidu křemičitého o tloušťce 460 nm. Toto provedení se vyznačuje širokým a plochým spektrálním průběhem difrakční účinnosti. Na obr. 6 je vykreslena závislost difrakční účinnosti do minus prvního odraženého řádu pro úhel dopadu 45° a TM polarizaci.
Příklad 5
Provedení podle vynálezu určené k dosažení difrakční účinnosti větší než 0,9 v minus prvním odraženém difrakčním řádu v širokém spektrálním rozmezí od vlnové délky 1330 nm do vlnové délky 1710 nm, sestávající z nosného křemenného substrátu 1, na který je vakuově napařena zlatá vrstva 2 o tloušťce 100 nm, dále vrstva 3 oxidu křemičitého o tloušťce 130 nm, na níž je litograficky definován zlatý obrazec 4 o tloušťce 100 nm s periodou 960 nm, který je dále chráněn opticky funkční vrstvou 5 oxidu křemičitého o tloušťce 380 nm. Toto provedení se vyznačuje širokým a plochým spektrálním průběhem difrakční účinnosti, mechanickou a chemickou odolností. Na obr. 7 je vykreslena závislost difrakční účinnosti do minus prvního řádu
-4CZ 308307 B6 pro úhel dopadu 60° a TM polarizaci.
Příklad 6
Provedení podle vynálezu určené k dosažení difrakční účinnosti větší než 0,9 v minus prvním odraženém difrakčním řádu v širokém spektrálním rozmezí od vlnové délky 1342 nm do vlnové délky 1698 nm, sestávající z nosného křemenného substrátu 1, na který je vakuově napařena stříbrná vrstva 2 o tloušťce 100 nm, dále vrstva 3 oxidu křemičitého o tloušťce 130 nm, na níž je litograficky definován stříbrný obrazec 4 o tloušťce 100 nm s periodou 960 nm, který je dále chráněn opticky funkční a mechanicky velmi odolnou vrstvou 5 oxidu hlinitého o tloušťce 310nm. Toto provedení se vyznačuje širokým a plochým spektrálním průběhem difrakční účinnosti, dále pak vysokou mechanickou a chemickou odolností. Na obr. 8 je pro popsanou mřížku spojitou čarou vykreslená závislost difrakční účinnosti do minus prvního řádu pro úhel dopadu 60° a TM polarizaci. Na obr. 8 je přerušovanou čarou vykreslená tato závislost pro strukturu podle tohoto příkladu, v níž je stříbro nahrazeno hliníkem.
Příklad 7
Provedení podle příkladů 1 až 6 se připraví následujícím způsobem. Nosný křemenný substrát 1 se očistí opláchnutím acetonem a deionizovanou vodou, vysuší se dusíkem a vystaví se působení kyslíkové plazmy v reaktivní iontové leptačce po dobu 1 minuty. Nanesení kovové odrazivé vrstvy 2 o tloušťce d se provede z vyhřívané lodičky v napařovací aparatuře evakuované před začátkem depozice na tlak nejvýše 10-5 Pa. Ve stejné aparatuře se napaří oxidová vrstva 3 o tloušťce h pomocí elektronového svazku za přítomnosti kyslíku o tlaku 10-2 Pa. Na takto připravený vzorek se nanese rezist založený na polydimethylglutarimidu (PMGI) metodou spin coating při 5000 otáčkách/minutu po dobu 50 sekund, který se vypéká při teplotě 180 °C po dobu 3 minut. Po vychladnutí vzorku se nanese fotorezist Microchem S1805 metodou spin coating při 5000 otáčkách/minutu po dobu 50 sekund, který se vypéká při teplotě 115 °C po dobu 60 sekund. Vzorek s fotorezistem se exponuje pomocí fotolitografického systému expoziční dávkou 90mJ/cm1 2 podle připraveného obrazce. Exponovaný vzorek se vypéká při teplotě 115 °C po dobu 60 sekund. Vzorek se vyvolává ponořením do vývojky AZ 726 MIF po dobu 20 sekund. Následně se vzorek umyje deionizovanou vodou a vysuší proudem dusíku. Na vzorek se nanese kovová vrstva o tloušťce t v napařovací aparatuře evakuované před začátkem depozice na tlak nejvýše 10-5 Pa. Pokovený vzorek se ponoří na dobu 30 minut do lázně Technistrip NI555 o teplotě 60 °C, v niž dojde procesem lift-off k uvolnění obrazce. Po očištění obrazce v acetonu, deionizované vodě a ozónové čističce může následovat napaření ochranné oxidové vrstvy o tloušťce p ve vakuové napařovací aparatuře pomocí elektronového svazku za přítomnosti kyslíku o tlaku 10-2 Pa.
Průmyslová využitelnost
Navrhované řešení odrazivé metalické rezonanční difrakční mřížky s vytékajícím videm může být s výhodou využito pro spektrální filtraci světla ve spektrometrech, optických senzorech, nebo při výběru vlnové délky v laserech. Dále může být využito k úhlovému rozdělení světla podle vlnové délky ve vlnových multiplexerech.
Claims (10)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Rezonanční difrakční mřížka, obsahující následující vrstvy v tomto pořadí: nosný substrát (1), metalická odrazivá vrstva (2), dielektrická vlnovodná vrstva (3) a difrakční obrazec-5 CZ 308307 B6 (4), vyznačující se tím, že difrakční obrazec (4) je metalický a je ve formě proužků se šířkou (w) opakujících se s periodou (A), přičemž perioda (A) je určená tak, aby pro danou vlnovou délku záření a pro úhel dopadu světla difrakční mřížka ohýbala světlo pouze do nultého a minus prvního řádu v odraženém i prošlém záření.
- 2. Rezonanční difrakční mřížka podle nároku 1, vyznačující se tím, že na difrakčním obrazci (4) je dále umístěna ochranná dielektrická vrstva (5).
- 3. Rezonanční difrakční mřížka podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že perioda (A) je v rozmezí 800 až 1500 run a šířka proužků w je v rozmezí 0,4 A < w < 0,6 A.
- 4. Rezonanční difrakční mřížka podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že tloušťka (d) metalické odrazivé vrstvy (2) je větší než 50 nm, s výhodou větší než 100 nm, výhodněji od 100 nm do 150 nm.
- 5. Rezonanční difrakční mřížka podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že tloušťka (h) dielektrické vlnovodné vrstvy (3) je v rozmezí od 50 nm do 1000 nm, s výhodou od 60 nm do 500 nm, výhodněji od 80 nm do 250 nm.
- 6. Rezonanční difrakční mřížka podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že tloušťka (t) difrakčního obrazce (4) je v rozmezí od 50 nm do 200 nm, s výhodou od 100 nm do 150 nm.
- 7. Rezonanční difrakční mřížka podle nároku 2, vyznačující se tím, že tloušťka (p) ochranné dielektrické vrstvy (5) je v rozmezí od 50 nm do 1000 nm, s výhodou od 100 nm do 500 nm.
- 8. Rezonanční difrakční mřížka podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že materiál metalické odrazivé vrstvy (2) a difrakčního obrazce (4) je vybraný ze skupiny zahrnující zlato, stříbro, hliník, s výhodou je materiálem zlato a/nebo stříbro.
- 9. Způsob výroby rezonanční difrakční mřížky podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že se na nosný substrát (1) vakuově napaří metalická odrazivá vrstva (2), která se dále pokryje dielektrickou vlnovodnou vrstvou (3), na níž se litograficky vytvoří difrakční obrazec (4), popřípadě se tento difrakční obrazec (4) dále pokryje ochrannou dielektrickou vrstvou (5).
- 10. Použití rezonanční difrakční mřížky podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8 pro spektrální optickou filtraci ve spektrometrech, optických senzorech, při výběru vlnové délky v laserech a/nebo k úhlovému rozdělení světla podle vlnové délky ve vlnových multiplexerech.4 výkresySeznam vztahových značek1 - nosný substrát2 - metalická odrazivá vrstva tloušťky d3 - dielektrická vlnovodná vrstva tloušťky h4 - odrazivý metalický difrakční obrazec tloušťky t s periodou A a šířkou proužků w5 - ochranná dielektrická vrstva tloušťky p.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-648A CZ2018648A3 (cs) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Odrazivá metalická rezonanční difrakční mřížka s vytékajícím videm, způsob její výroby a její použití |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-648A CZ2018648A3 (cs) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Odrazivá metalická rezonanční difrakční mřížka s vytékajícím videm, způsob její výroby a její použití |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ308307B6 true CZ308307B6 (cs) | 2020-04-29 |
| CZ2018648A3 CZ2018648A3 (cs) | 2020-04-29 |
Family
ID=70329896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-648A CZ2018648A3 (cs) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Odrazivá metalická rezonanční difrakční mřížka s vytékajícím videm, způsob její výroby a její použití |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2018648A3 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111580205A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-08-25 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 54度~62度入射使用的宽谱脉宽压缩光栅 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4828356A (en) * | 1987-12-22 | 1989-05-09 | Hughes Aircraft Company | Method for fabrication of low efficiency diffraction gratings and product obtained thereby |
| US5598300A (en) * | 1995-06-05 | 1997-01-28 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Efficient bandpass reflection and transmission filters with low sidebands based on guided-mode resonance effects |
| US6219478B1 (en) * | 1998-01-23 | 2001-04-17 | Olivier M. Parriaux | Light wave diffraction device |
| US20060024013A1 (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Robert Magnusson | Resonant leaky-mode optical devices and associated methods |
| US20080138013A1 (en) * | 2004-04-23 | 2008-06-12 | Parriaux Olivier M | High Efficiency Optical Diffraction Device |
| US20120093191A1 (en) * | 2009-04-29 | 2012-04-19 | Horiba Jobin Yvon Sas | Metal diffraction grating with high reflection resistance to a femtosecond mode flow, system including such an grating, and method for improving the damage threshold of a metal diffraction grating |
| US20130135701A1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-05-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Holography devices, three-dimensional image display apparatuses including the same, and methods of processing holography images |
| US20160259098A1 (en) * | 2013-10-07 | 2016-09-08 | Shimadzu Corporation | Blazed diffraction grating and method for producing blazed diffraction grating |
-
2018
- 2018-11-26 CZ CZ2018-648A patent/CZ2018648A3/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4828356A (en) * | 1987-12-22 | 1989-05-09 | Hughes Aircraft Company | Method for fabrication of low efficiency diffraction gratings and product obtained thereby |
| US5598300A (en) * | 1995-06-05 | 1997-01-28 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Efficient bandpass reflection and transmission filters with low sidebands based on guided-mode resonance effects |
| US6219478B1 (en) * | 1998-01-23 | 2001-04-17 | Olivier M. Parriaux | Light wave diffraction device |
| US20080138013A1 (en) * | 2004-04-23 | 2008-06-12 | Parriaux Olivier M | High Efficiency Optical Diffraction Device |
| US20060024013A1 (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Robert Magnusson | Resonant leaky-mode optical devices and associated methods |
| US20120093191A1 (en) * | 2009-04-29 | 2012-04-19 | Horiba Jobin Yvon Sas | Metal diffraction grating with high reflection resistance to a femtosecond mode flow, system including such an grating, and method for improving the damage threshold of a metal diffraction grating |
| US20130135701A1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-05-30 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Holography devices, three-dimensional image display apparatuses including the same, and methods of processing holography images |
| US20160259098A1 (en) * | 2013-10-07 | 2016-09-08 | Shimadzu Corporation | Blazed diffraction grating and method for producing blazed diffraction grating |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111580205A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-08-25 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 54度~62度入射使用的宽谱脉宽压缩光栅 |
| CN111580205B (zh) * | 2020-06-02 | 2021-07-27 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 54度～62度入射使用的宽谱脉宽压缩光栅 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2018648A3 (cs) | 2020-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Priambodo et al. | Fabrication and characterization of high-quality waveguide-mode resonant optical filters | |
| US5907436A (en) | Multilayer dielectric diffraction gratings | |
| EP0960347B1 (en) | Phase mask with spatially variable diffraction efficiency | |
| Rochon et al. | Guided mode resonance filters using polymer films | |
| CA2657509C (en) | Diffraction grating-fabricating phase mask, and its fabrication method | |
| CN111769425A (zh) | 用于1064纳米波段的全介质反射式光谱合束光栅 | |
| Sun et al. | All‐Dielectric Meta‐Reflectarray for Efficient Control of Visible Light | |
| Park et al. | Polymer-waveguide Bragg-grating devices fabricated using phase-mask lithography | |
| Rasmussen | Overview of high-efficiency transmission gratings for molecular spectroscopy | |
| CZ308307B6 (cs) | Odrazivá metalická rezonanční difrakční mřížka s vytékajícím videm, způsob její výroby a její použití | |
| Yamada | Fabrication of Cu grating guided-mode resonance filter by electroplating | |
| Simlan et al. | Fabrication of single-layer resonant infrared filters with high optical density | |
| Kapon et al. | Photoresist gratings on reflecting surfaces | |
| Magnusson et al. | Cascaded resonant-grating filters: experimental results on lowered sidebands and narrowed lines | |
| Magnusson et al. | Resonance-based nanophotonic device technology: Filters, reflectors, and absorbers | |
| CA2281787C (en) | Phase mask with spatially variable diffraction efficiency | |
| Fu et al. | Design of single-material guided-mode resonance filter | |
| Touzet et al. | Focusing transmission gratings for high-energy lasers | |
| Jourlin et al. | Waveguide Grating Radial Polarizer for the Photolithography of Circularly Symmetrical Optical Elements | |
| Magnusson et al. | Spectral-band engineering with interacting resonant leaky modes in thin periodic films | |
| Saleem et al. | Effect of waveguide thickness layer on spectral resonance of a guided mode resonance filter | |
| US20060083462A1 (en) | Artificial cladding grating in integrated optics comprising a coupling variation and production method thereof | |
| Thurman et al. | Experimental demonstration of design principles for guided-mode resonance filters | |
| JPH07234310A (ja) | 回折格子の製造方法および光波長変換素子の製造方法 | |
| Lee et al. | Nanostructured diffractive optical elements on SiNX membrane for UV-visible regime applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20231126 |