DE102004040534A1

DE102004040534A1 - Diffraktives polarisationstrennendes Element für unpolarisierte elektromagnetische Strahlung im UV-Bereich, System mit zwei solchen Elementen und Verfahren zur Herstellung eines solchen Elementes

Info

Publication number: DE102004040534A1
Application number: DE200410040534
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Sandfuchs; Ulrich Strössner; Robert Dr. Brunner; Johannes Dr. Ruoff; Jörn Greif-Wüstenbecker
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMS GmbH; Jenoptik AG
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-08-21
Also published as: TW200622315A; DE102004040534B4; WO2006021288A1

Abstract

Es wird bereitgestellt ein diffraktives Element zur Polarisationstrennung von unpolarisierter elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich, mit DOLLAR A einem für die UV-Strahlung transparenten Träger (1), der eine Vielzahl von voneinander beabstandeten, sich nicht geradlinig erstreckenden Furchen (2) aufweist, wobei der Abstand von zwei benachbarten Furchen größer als die Wellenlänge der UV-Strahlung ist, DOLLAR A wobei das diffraktive Element zur Polarisationstrennung die zugeführte unpolarisierte Strahlung in eine erste vorbestimmte Beugungsordnung mit einem ersten von zwei zueinander orthogonalen Polarisationszuständen und eine zweite vorbestimmte Beugungsordnung mit dem zweiten der beiden orthogonalen Polarisationszustände beugt DOLLAR A und wobei über die Furchentiefe (h) eingestellt ist, ob die Strahlung der ersten vorbestimmten Beugungsordnung den ersten oder zweiten Polarisationszustand aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein diffraktives Element zur Polarisationstrennung von unpolarisierter elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich.

Für Polarisationstrennung von elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich und im Infrarotbereich sind Gitterstrukturen mit räumlich parallel angeordneten Stegen mit Gitterperioden im Subwellenlängenbereich bekannt. Bei diesen Gitterstrukturen werden üblicher Weise metallische Materialien eingesetzt. Dies führt zu dem Nachteil der Absorption von Energie der Strahlung, was bei hohen Intensitäten sogar zur Zerstörung des Elementes führen kann. Gerade für elektromagnetische Strahlung im UV-Bereich weisen Metalle eine extrem hohe Absorption auf und sind daher nicht geeignet, ein diffraktives transmissives Element zur Polarisationstrennung von unpolarisierter elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich zur Verfügung zu stellen.

Rotationssymmetrische Polarisationsverteilungen können diskontinuierlich mit der in der US 6,392,800 B2 beschriebenen Platte, die auf λ/2-Segmenten basiert, erzeugt werden. Neben der letztendlich nur diskontinuierlichen Polarisationsverteilung benötigt diese Platte darüber hinaus auch noch vorpolarisierte Strahlung.

Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, ein diffraktives Element zur Polarisationstrennung von unpolarisierter elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich zur Verfügung zu stellen, mit dem eine kontinuierliche Polarisationsverteilung im Strahlquerschnitt des vom diffraktiven Element abgegebenen Strahls erzeugt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein diffraktives Element zur Polarisationstrennung von unpolarisierter elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich, mit einem aus einem für die UV-Strahlung transparenten Material gebildeten Träger, der eine Vielzahl von voneinander beabstandeten, sich nicht geradlinig erstreckenden Furchen aufweist, wobei der Abstand von zwei benachbarten Furchen größer ist als die Wellenlänge der UV-Strahlung, wobei das diffraktive Element zur Polarisationstrennung die zugeführte unpolarisierte Strahlung in eine erste vorbestimmte Beugungsordnung mit einem ersten von zwei zueinander orthogonalen Polarisationszuständen und eine zweite vorbestimmte Beugungsordnung mit dem zweiten der beiden orthogonalen Polarisationszuständen beugt, und wobei über die Furchentiefe eingestellt ist, ob die Strahlung der ersten Beugungsordnung den ersten oder zweiten Polarisationszustand aufweist.

Mit diesem diffraktiven Element kann über die Furchentiefe der gewünschte Polarisationszustand für die erste vorbestimmte Beugungsordnung ausgewählt werden. Es ist somit möglich, mehrere solche diffraktive Elemente herzustellen, die sich nur in der Furchentiefe unterscheiden, wobei durch diesen Unterschied der Polarisationszustand für die erste vorbestimmte Beugungsordnung ausgewählt wird.

Insbesondere ist der Abstand von je zwei benachbarten Furchen größer als die Wellenlänge der UV-Strahlung.

Unter sich nicht geradlinig erstreckenden Furchen werden hier solche Furchen verstanden, die sich jeweils, in Draufsicht auf das diffraktive Element gesehen, entlang einer Bahnkurve erstrecken, die nicht vollständig auf einer Geraden liegt. Die Furchen können sich beispielsweise entlang polygonförmiger Streckenzüge erstrecken, die zwar abschnittsweise geradlinig sind, jedoch nicht über die gesamte Länge der Furchen. Insbesondere können die Furchen sich entlang gekrümmter Bahnkurven erstrecken. Die Furchen können beispielsweise entlang einer spiralförmigen Bahn verlaufen. In diesem Fall können die Furchen sogar derart zusammenhängend ausgebildet sein, daß sie eine einzige Spiralbahn ergeben, aber immer noch für die gewünschte diffraktive Wirkung sorgen.

Unter elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich wird hier elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 1 nm – 400 nm, insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich von 1 nm – 350 nm verstanden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen diffraktiven Elementes weisen die Furchen jeweils einen ringförmigen Verlauf auf und sind zueinander konzentrisch angeordnet. Unter einem ringförmigen Verlauf wird hier verstanden, daß in Draufsicht auf das diffraktive Element die Furchen jeweils eine in sich geschlossene Bahnkurve bilden. Durch die konzentrische Anordnung der Furchen überschneiden sich diese Bahnkurven nicht. Die Furchen sind somit quasi ineinander geschachtelt.

Der ringförmige Verlauf kann insbesondere so gewählt werden, daß die Furchen in Draufsicht jeweils als polygonförmige Ringe ausgebildet sind. Natürlich sind auch alle anderen Ringformen möglich. Insbesondere kann der ringförmige Verlauf nicht kreisringförmig sein.

Bei dem diffraktiven Element sind die Furchenbreiten und -abstände so gewählt, daß gemäß der berechneten Wirkung des Elementes mit zunehmender Furchentiefe (bei nicht veränderten Furchenbreiten und -abständen) der Polarisationszustand der ersten vorbestimmten Beugungsordnung vom ersten zum zweiten Polarisationszustand wechselt. Daher kann nur über die Furchentiefe der gewünschte Polarisationszustand für die erste vorbestimmte Beugungsordnung ausgewählt werden, wenn alle anderen Abmessungen und Materialparameter des diffraktiven Elementes unverändert bleiben.

Ferner wird mit diesem diffraktiven Element erreicht, daß die Ausrichtung des ausgewählten ersten oder zweiten Polarisationszustandes im Strahlquerschnitt der Strahlung der ersten vorbestimmten Beugungsordnung räumlich kontinuierlich variiert werden kann. Insbesondere wird mit dem diffraktiven Element erreicht, daß der erste Polarisationszustand jeweils lokal bezogen auf eine den Mittelpunkt des Strahlquerschnitts der Strahlung der ersten vorbestimmten Beugungsordnung umschließende ringförmige Kurve vorliegt, deren Form der Form der ringförmigen Furchen entspricht. Somit kann über die Auswahl der Ringform der Furchen die räumliche Verteilung der Ausrichtung des ausgewählten Polarisationszustandes festgelegt werden.

Als Material für den Träger werden insbesondere dielektrische Materialien verwendet, wie z.B. Quarz (SiO₂) oder Flußspat (CaF₂). Die Stege zwischen den Furchen können noch mit anderen Materialien, insbesondere Aluminiumoxid (Al₂O₃), Kryolith, Chiolith oder Zirkonium beschichtet sein oder aus diesen bestehen. Natürlich kann auch der Träger aus diesen Materialien gebildet sein.

Insbesondere werden Ringformen für die Furchen ausgewählt, die entweder punktsymmetrisch oder gleich rotationssymmetrisch sind. Besonders bevorzugt sind kreisringförmige Furchen, da bei dieser Furchwahl der Strahl der ersten vorbestimmten Beugungsordnung radial oder azimutal polarisiert sein kann.

Bevorzugt ist der Abstand von je zwei benachbarten Furchen und die Furchenbreite konstant. Damit wird erreicht, daß das diffraktive Element keine abbildenden Eigenschaften aufweist, sondern nur die gewünschte Polarisationstrennung durchführt.

Die erste vorbestimmte Beugungsordnung ist bevorzugt die nullte Beugungsordnung und die zweite vorbestimmte Beugungsordnung umfaßt zumindest eine nicht nullte Beugungsordnung. Dadurch ist es beispielsweise durch eine geschickte Anordnung von Blenden möglich, die erste vorbestimmte Beugungsordnung durchzulassen und die zweite vorbestimmte Beugungsordnung abzuschirmen.

Das diffraktive Elemente kann insbesondere so weitergebildet werden, daß der Abstand von zwei benachbarten Furchen kleiner ist als das Doppelte der Wellenlänge der UV-Strahlung.

Die Furchentiefe h wird insbesondere so gewählt, daß die folgende Ungleichung erfüllt ist; bei der die Wellenlänge der UV-Strahlung mit λ bezeichnet wird: 2,5·λ ≤ h ≤ 7,0·λ.

Die Furchentiefe ist bevorzugt über alle Furchen konstant und die Furchen weisen bevorzugt eine U-förmige Querschnittsform mit abgerundeten Ecken oder mit nicht-abgerundeten, spitzen Ecken auf. Das diffraktive Element ist bevorzugt so ausgelegt, daß das Verhältnis der Breite des Steges zwischen zwei Furchen zum Abstand zweier benachbarter Furchen (also der Füllfaktor) zwischen 0,1 und 0,7, insbesondere zwischen 0,20 und 0,40 liegt.

Ferner kann beim diffraktiven Element den Furchen ein Phasenelement vor- oder nachgeordnet sein, das eine derartige ortsabhängige Phasenverschiebung im Strahl bewirkt, daß im Strahlquerschnitt der ersten vorbestimmten Beugungsordnung die Lichtfelder zweier zum Mittelpunkt des Strahlquerschnitts punktsymmetrischer Punkte gegenphasig schwingen. Das Phasenelement kann einstückig mit dem Träger ausgebildet sein. Insbesondere kann das Phasenelement auf einer Seite des Trägers und die ringförmigen Furchen auf der anderen Seite des Trägers ausgebildet sein.

Das diffraktive Element kann ferner eine Blende aufweisen, die dem diffraktiven Element so nachgeordnet ist, daß von der vom diffraktiven Element transmittierten Strahlung der ersten und zweiten vorbestimmten Beugungsordnung nur die Strahlung der zweiten vorbestimmten Beugungsordnung abgeschattet wird. Dadurch wird eine sehr einfache Trennung der Strahlung der nicht gewünschten Beugungsordnung von der Strahlung der gewünschten Beugungsordnung realisiert.

Insbesondere ist das diffraktive Element als transmissives Element ausgebildet.

Ferner wird noch ein System mit zwei erfindungsgemäßen diffraktiven Elementen oder bevorzugter Weiterbildungen der erfindungsgemäßen diffraktiven Elemente bereitgestellt, bei dem die beiden diffraktiven Elemente bis auf die Furchentiefe gleich ausgebildet sind, wobei beim ersten der beiden diffraktiven Elemente die Furchentiefe so eingestellt ist, daß die Strahlung der ersten Beugungsordnung den ersten Polarisationszustand aufweist, und beim zweiten diffraktiven Element die Furchentiefe so eingestellt ist, daß die Strahlung der ersten Beugungsordnung den zweiten Polarisationszustand aufweist.

Weiter wird noch ein Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven Elementes zur Polarisationstrennung von unpolarisierter elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich bereitgestellt, wobei das diffraktive Element zur Polarisationstrennung die zugeführte unpolarisierte Strahlung in eine erste vorbestimmte Beugungsordnung mit einem ersten von zwei zueinander orthogonalen Polarisationszuständen und eine zweite vorbestimmte Beugungsordnung mit dem zweiten der beiden orthogonalen Polarisationszustände beugt, bei dem in einem Träger aus einem für die UV-Strahlung transparenten Material auf einer Seite eine Vielzahl von voneinander beabstandeten, ringförmigen Furchen so ausgebildet werden, daß sie konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Furchentiefe so eingestellt wird, daß die Strahlung der ersten Beugungsordnung den ersten oder zweiten Polarisationszustand aufweist.

Das Verfahren kann so weitergebildet werden, daß das bzw. die oben beschriebenen diffraktiven Elemente sowie die beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen realisiert werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhalber noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen diffraktiven Elementes;
2 ein vergrößerter Ausschnitt eines radialen Schnitts durch das diffraktive Element von 1;
3 das Transmissionsverhalten für die nullte Beugungsordnung des diffraktiven Elementes von 1 in Abhängigkeit von der Furchentiefe;
4 die Phasenverschiebung zwischen den beiden Polarisationszuständen TM und TE für die nullte Beugungsordnung des diffraktiven Elementes in Abhängigkeit von der Furchentiefe;
5 eine schematische Ansicht zur Erläuterung radial polarisierter Strahlung;
6 eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer azimutal polarisierten Strahlung;
7 eine perspektivische Darstellung eines Phasenelementes;
8 eine schematische Darstellung der Wirkung des Phasenelementes von 7 bei der Polarisation von 5.
In 1 ist schematisch in Draufsicht eine Ausführungsform eines diffraktiven Elementes zur Polarisationstrennung von unpolarisierter elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich (Wellenlänge < 400 nm, insbesondere < 350 nm) gezeigt. Dieses diffraktive Element weist einen Träger 1 auf, in dem eine Vielzahl von kreisringförmigen Furchen 2 ausgebildet sind, die zueinander koaxial angeordnet sind.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist die Breite b1 der Furchen 2 konstant und auch die Breite b2 der zwischen den Furchen 2 verlaufenden Stege 3 ist konstant. Somit sind jeweils zwei benachbarte Furchen 2 gleich weit voneinander beabstandet und ist die Gitterperiode d konstant. Der Füllfaktor des diffraktiven Elementes, also das Verhältnis von Gitterperiode d zu Breite b2 der Stege beträgt hier 0,30303 bei einer Gitterperiode von 330 nm. Damit beträgt die Breite b1 der Furchen 230 nm und die Stegbreite b2 100 nm. Das diffraktive Element ist für UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 193 nm ausgelegt.
In 3 ist die Transmission der nullten Beugungsordnung für die TM-Polarisation (Linie mit Kreuzen) und die TE-Polarisation (durchgezogene Linie) in Abhängigkeit von der Furchentiefe h getrennt dargestellt. Dabei ist die TM-Polarisation die lineare Polarisation, die lokal senkrecht zu den Gitterfurchen 2 schwingt, und die TE-Polarisation ist die lineare Polarisation, die lokal parallel zu den Gitterfurchen 2 schwingt. Wie der Darstellung in 3 entnommen werden kann, tritt bei zunehmender Furchentiefe h ein Auseinanderlaufen der Transmission für die verschiedenen Polarisationen derart auf, daß für eine erste Tiefe im wesentlichen nur die TM-Polarisation und für eine zweite Tiefe, die verschieden zur ersten Tiefe ist, im wesentlichen nur die TE-Polarisation transmittiert wird. Die jeweilige andere Polarisation wird dann im wesentlichen in die ± 1-te Beugungsordnung transmittiert, die hier ein Ring mit einem Öffnungswinkel von ca. 22° ist. Somit läßt sich durch eine geeignete angeordnete Blende sehr leicht diese Beugungsordnung gegenüber der nullten Beugungsordnung abschatten. Damit ist es mit dem beschriebenen diffraktiven Element möglich, nur durch geeignete Wahl der Furchentiefe h den Polarisationszustand der transmittierten Strahlung nullter Beugungsordnung frei zu wählen.
So wird beispielsweise bei einer Furchentiefe von h1 = 540 nm im wesentlichen nur die TM-Polarisation in die nullte Beugungsordnung gebeugt. Ein transmittierter Strahl weist somit eine im wesentlichen radiale Polarisation auf, beider die Polarisation an jedem Ort senkrecht zu einem (gedachten) Kreis um den Mittelpunkt M des Strahlquerschnitts schwingt. Die radiale Polarisation ist in 5 schematisch gezeigt. Die Transmission beträgt hier ca. 69 % und der Polarisationsgrad beträgt ca. 86,5 %.
Wenn nun für die Furchentiefe h2 = 700 nm gewählt wird, wird mit dem in 1 beschriebenen diffraktiven Element in der nullten Beugungsordnung im wesentlichen nur die TE-Polarisation transmittiert. Dies führt im transmittierten Strahl der nullten Beugungsordnung zu einer sogenannten azimutalen bzw. transversalen Polarisation, bei der die lineare Polarisation so ausgerichtet ist, daß sie jeweils tangential zu einem gedachten Kreis mit Mittelpunkt M in der Mitte des Strahlquerschnittes schwingt, wie dies in 6 angedeutet ist. Die erreichbare Transmission beträgt hier ca. 72 % und der Polarisationsgrad beträgt ca. 97,2 %.
Wenn man für die Furchentiefe einen noch größeren Wert von beispielsweise 1145 nm wählt, wird der transmittierte Strahl wiederum azimutal polarisiert sein, wie dies in 6 angedeutet ist. Die Transmission beträgt in diesem Fall ca. 94 % und der Polarisationsgrad beträgt ca. 98,4 %.
Mit steigender Furchentiefe nimmt jedoch auch die Phase zwischen dem gewünschten transmittierten Polarisationszustand und dem ungewünschten, zu geringem Teil noch transmittierten Polarisationszustand zu, so daß dann bevorzugt Furchentiefen h gewählt werden, bei denen die unerwünschte Polarisation in der Transmission ein Minimum aufweist.
Wie man beispielsweise bei der in 5 gezeigten radialen Polarisation sieht, bei der die jeweilige Phasenlage der einzelnen eingezeichneten Schwingungen durch die Position der Pfeilspitze angedeutet ist, schwingen die Lichtfelder zweier zum Mittelpunkt M punktsymmetrischen Punkte im Strahlquerschnitt phasengleich. Wenn man nun jedoch eine gegenphasig schwingende Lichtfeldverteilung wünscht, muß man dem diffraktiven Element noch ein entsprechendes Phasenelement vor- oder nachordnen, das durch eine ortsabhängige Phasenverzögerung die entsprechenden Phasen einstellt. Dies wird durch das in 7 schematisch dargestellte Phasenelement erreicht, dessen Dicke in Abhängigkeit der Winkelposition (spiralförmig) zunimmt. Die Dicke ist dabei so gewählt, daß nach 360° eine Phasenverzögerung von 2π erreicht ist. Wenn man dieses Phasenelement hinter das diffraktive Element positioniert, führt dies dazu, daß die gewünschte gegenphasig schwingende Lichtfeldverteilung erreicht wird, wie in 8 dargestellt ist.
Mit dem beschriebenen diffraktiven Element können somit rotationssymmetrische Verteilungen eines vorbestimmten Polarisationszustandes (z.B. TE-Polarisation oder TM-Polarisation) im Strahlquerschnitt eines UV-Strahles eingestellt werden. Die Verteilung des Polarisationszustandes entspricht dabei der Form der Furchen 2.
Neben den beschriebenen kreisringförmigen Furchen sind jedoch auch alle anderen in sich geschlossenen Furchenformen (also ringförmige Furchen) möglich. So können beispielsweise ellipsenförmige Furchenformen eingesetzt werden. Es sind jedoch auch polygonförmige Ringe oder sonstige ringförmige Furchenformen möglich. Die Verteilung der entsprechenden Polarisation entspricht auch in diesem Fall dann der gewählten Furchenform.
Mit dem erfindungsgemäßen diffraktiven Element läßt sich somit eine gewünschte Verteilung eines vorbestimmten Polarisationszustandes im Strahlquerschnitt durch die Wahl der ringförmigen Furche (örtliche Verteilung der Polarisation) und der Furchentiefe (Wahl des Polarisationszustandes) leicht realisieren.
Die in 3 gezeigte berechnete Wirkung des diffraktiven Elementes wurde für die Wellenlänge von 193 nm so optimiert, daß das beschriebene Auseinanderlaufen des Transmissionsverhaltens für die TE- und TM-Polarisation auftritt. Es hat sich gezeigt, daß dieses Verhalten nur für eine Gitterperiode von 330 nm ±10 nm auftritt. Die Berechnungen können mit kommerziell erhältlichen Programmen, die gemäß der rigorous coupled-wave analysis (RCWA) oder der Finite-Elemente-Methode arbeiten, durchgeführt werden. Falls man das diffraktive Element für eine andere Wellenlänge optimieren will (z.B. 248 nm), geht man gemäß der Gittergleichung von einer Gitterperiode aus, bei der neben der nullten Beugungsordnung zumindest noch die ±1-te Beugungsordnung auftritt und optimiert hinsichtlich der Polarisationseffizienz, um dann die optimale Gitterperiode und Furchenbreite zu finden, bei denen das gewünschte unterschiedliche Transmissionsverhalten der unterschiedlichen Polarisationen in Abhängigkeit der Furchentiefe erzielt werden kann.
Das diffraktive Element kann beispielsweise durch bekannte Fertigungsverfahren der Halbleitertechnologie hergestellt werden, wie z.B. der Elektronenstrahllithographie oder auch der Verwendung von holografisch einbelichteten Ätzmasken.
Als Material für den Träger wird insbesondere Quarz oder Calciumfluorid eingesetzt, wobei der Träger eine Dicke von z.B. 0,1 – 4,0 mm aufweist.
Das diffraktive Element kann beispielsweise in Mikroskopen im beleuchtungsseitigen und/oder abbildungsseitigen Strahlengang eingesetzt werden. Auch kann es in Verbindung mit der Verkleinerung eines Fokusdurchmessers eines optischen Systems eingesetzt werden. Insbesondere kann es bei Steppern für die Halbleiterfertigung und für die Maskeninspektion oder sonstigen polarisationsabhängigen Applikationen eingesetzt werden.
Die ringförmigen Furchen können durch die auf der ebenen Oberfläche des Trägers 1 gebildeten Stege realisiert werden. Alternativ ist es auch möglich, die Furchen in die Oberfläche zu ätzen. Ferner ist es möglich, die Furchen dadurch zu bilden, daß lokal die Brechzahl des Materials des Trägers verändert wird. So kann beispielsweise der Träger durch eine photolithographisch hergestellte Maske mit Ionenstrahlen beschossen werden. Die Wirkung der Ionenstrahlen kann in der Einbringung von Fremdatomen in das Substrat (also in einer Dotierung) oder im Herauslösen von Atomen aus einem bereits dotierten Substrat, also in der Erzeugung von Verarmungszonen, bestehen. Beides verändert die Brechzahl.
Bei der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß das diffraktive Element ein phasenmodulierendes Element ist. Die erfindungsgemäße Lehre läßt sich jedoch auch grundsätzlich bei amplitudenmodulierenden diffraktiven Elementen einsetzen. In diesem Fall sind die Stege 2 durch eine Schicht mit vernachlässigbaren Transmissionsvermögen zu ersetzen.

Claims

Diffraktives Element zur Polarisationstrennung von unpolarisierter elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich, mit einem für die UV-Strahlung transparenten Träger (1), der eine Vielzahl von voneinander beabstandeten, sich nicht geradlinig erstreckenden Furchen (2) aufweist, wobei der Abstand von zwei benachbarten Furchen größer als die Wellenlänge der UV-Strahlung ist, wobei das diffraktive Element zur Polarisationstrennung die zugeführte unpolarisierte Strahlung in eine erste vorbestimmte Beugungsordnung mit einem ersten von zwei zueinander orthogonalen Polarisationszuständen und eine zweite vorbestimmte Beugungsordnung mit dem zweiten der beiden orthogonalen Polarisationszuständen beugt, und wobei über die Furchentiefe (h) eingestellt ist, ob die Strahlung der ersten vorbestimmten Beugungsordnung den ersten oder zweiten Polarisationszustand aufweist.
Diffraktives Element nach Anspruch 1, bei dem die Furchen (2) jeweils einen ringförmigen Verlauf aufweisen und konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Diffraktives Element nach Anspruch 2, bei dem die Furchen in Draufsicht jeweils als polygonförmige Ringe ausgebildet sind.
Diffraktives Element nach Anspruch 2, bei dem der ringförmige Verlauf nicht kreisringförmig ist.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Abstand von je zwei benachbarten Furchen und die Furchenbreite konstant ist.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Furchenbreiten und Furchenabstände für die Wellenlänge der UV-Strahlung so gewählt sind, daß gemäß einer berechneten Wirkung des diffraktiven Elementes mit zunehmender Furchentiefe der Polarisationszustand der ersten vorbestimmten Beugungsordnung vom ersten zum zweiten Polarisationszustand wechselt.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, wobei die Furchen (2) rotationssymmetrisch sind.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Träger sowie die Stege zwischen den Furchen aus einem dielektrischen Material, bevorzugt aus dem gleichen Material, gebildet sind.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, wobei die erste vorbestimmte Beugungsordnung die nullte Beugungsordnung ist und die zweite vorbestimmte Beugungsordnung zumindest eine nicht nullte Beugungsordnung umfaßt.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, wobei im Strahlquerschnitt der ersten vorbestimmten Beugungsordnung der erste Polarisationszustand jeweils lokal bezogen auf einer den Mittelpunkt des Strahlquerschnitts umschließenden ringförmigen Kurve vorliegt, deren Form der Form der ringförmigen Furchen entspricht.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Abstand von zwei benachbarten Furchen kleiner als das doppelte der Wellenlänge der UV-Strahlung ist.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Furchentiefe h die folgende Ungleichung erfüllt, wobei die Wellenlänge der UV-Strahlung mit λ bezeichnet wird: 2,5·λ ≤ h ≤ 7,0·λ.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Verhältnis der Breite des Steges zwischen zwei Furchen zum Abstand zweier benachbarter Furchen zwischen 0,1 und 0,7, insbesondere zwischen 0,20 und 0,40 liegt.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Furchen Kreisringe sind und die beiden Polarisationszustände der radiale und azimutale Polarisationszustand sind.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, bei dem den Furchen ein Element vor- oder nachgeschaltet ist, das eine derartige ortsabhängige Phasenverschiebung im Strahl bewirkt, daß im Strahlquerschnitt der ersten vorbestimmten Beugungsordnung die Lichtfelder zweier zum Mittelpunkt des Strahlquerschnitts punktsymmetrischer Punkte gegenphasig schwingen.
Diffraktives Element nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine Blende vorgesehen ist, die von der transmittierten Strahlung der ersten und zweiten vorbestimmten Beugungsordnung nur die Strahlung der zweiten vorbestimmten Beugungsordnung abschattet.
System mit zwei diffraktiven Elementen nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die beiden diffraktiven Elemente bis auf die Furchentiefe gleich ausgebildet sind, wobei beim ersten der beiden diffraktiven Elemente die Furchentiefe so eingestellt ist, daß die Strahlung der ersten Beugungsordnung den ersten Polarisationszustand aufweist, und beim zweiten diffraktiven Element die Furchentiefe so eingestellt ist, daß die Strahlung der ersten Beugungsordnung den zweiten Polarisationszustand aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines diffraktiven Elementes zur Polarisationstrennung von unpolarisierter elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich, wobei das diffraktive Element zur Polarisationstrennung die zugeführte unpolarisierte Strahlung in eine erste vorbestimmte Beugungsordnung mit einem ersten von zwei zueinander orthogonalen Polarisationszuständen und eine zweite vorbestimmte Beugungsordnung mit dem zweiten der beiden orthogonalen Polarisationszuständen beugt, bei dem in einem Träger aus einem für die UV-Strahlung transparenten Material auf einer Seite eine Vielzahl von voneinander beabstandeten, ringförmigen Furchen so ausgebildet werden, daß sie konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Furchentiefe so eingestellt wird, daß die Strahlung der ersten Beugungsordnung den ersten oder zweiten Polarisationszustand aufweist.