Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Filter mit einem resonanten Wellenleitergitter.The present invention relates to optical filters having a resonant waveguide grating.
Optische Filter basierend auf resonanten Wellenleitergittern ermöglichen schmalbandige optische Filterelemente zu realisieren, die hinsichtlich verschiedener Eigenschaften des zu filternden Lichtes ausgelegt sind. Das bedeutet, dass mit derartigen Filtern einfallendes Licht abhängig von der Wellenlänge oder des Polarisationszustands selektiv gefiltert werden kann. Derartige optische Filterelemente werden beispielsweise in optischen Sensoranordnungen eingesetzt und können in zwei Gruppen unterteilt werden, nämlich in diejenigen, die in Reflexion arbeiten, und diejenigen, die in Transmission arbeiten. In Reflexion arbeitende Filter reflektieren den gewünschten Anteil des Lichts und transmittieren den unerwünschten Anteil, so dass dieser nicht in Richtung einer eventuellen Sensoranordnung abgestrahlt wird. Reflexions-Filter haben den Vorteil, dass ein hoher Reflexionsgrad und damit hohe Effizienz und Schmalbandigkeit erreicht werden können. Der Einsatz derartiger Reflexions-Filter benötigt jedoch eine aufwendige Justage des Aufbaus bzw. der Anordnung des Filterelements z. B. gegenüber einem möglichen Sensor. In Transmission arbeitende Filter haben im Gegensatz dazu den Vorteil, direkt auf einen möglichen Sensor aufgebracht werden zu können, wobei jedoch der Transmissionsgrad im Vergleich zum Reflexionsgrad der Reflexionsfilter typischerweise geringer ist. Des Weiteren ist der transmittierte Anteil des Lichtes schwieriger zu kontrollieren, da dazu eine breitbandige Reflexion durch das jeweilige Element notwendig ist. Durch diese Eigenschaften, werden Reflexions-Filter meist für hocheffiziente Anwendungen genutzt, z. B. sogenannte „Cavity-Spiegel”, und Transmissions-Filter für Anwendungen, wie z. B. Farbfilterung, bei denen eine begrenzte Bandbreite und eine reduzierte Effizienz tolerierbar sind. Aktuelle Designs derartiger Filterelemente ermöglichen zwar eine selektive Filterung einer elektromagnetischen Welle bzw. von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge oder einer bestimmten Polarisation, nicht jedoch eine selektive Filterung in Abhängigkeit des Einfallswinkels, was besonders für neuartige Sensorsysteme interessant ist.Optical filters based on resonant waveguide gratings make it possible to realize narrow-band optical filter elements which are designed with regard to various properties of the light to be filtered. That is, with such filters, incident light can be selectively filtered depending on the wavelength or state of polarization. Such optical filter elements are used, for example, in optical sensor arrangements and can be subdivided into two groups, namely those working in reflection and those working in transmission. Filters operating in reflection reflect the desired portion of the light and transmit the unwanted portion, so that it is not emitted in the direction of a possible sensor arrangement. Reflection filters have the advantage that a high degree of reflection and thus high efficiency and narrow band can be achieved. However, the use of such reflection filter requires a complex adjustment of the structure and the arrangement of the filter element z. B. compared to a possible sensor. In contrast, filters working in transmission have the advantage of being able to be applied directly to a possible sensor, although the transmittance is typically lower in comparison to the reflectance of the reflection filters. Furthermore, the transmitted portion of the light is more difficult to control, as it requires a broadband reflection by the respective element. Due to these characteristics, reflection filters are mostly used for highly efficient applications, eg. As so-called "cavity mirrors", and transmission filters for applications such. B. Color filtering where limited bandwidth and reduced efficiency are tolerable. Although current designs of such filter elements allow a selective filtering of an electromagnetic wave or of light having a specific wavelength or a specific polarization, but not selective filtering as a function of the angle of incidence, which is of particular interest for novel sensor systems.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optischen Filter zu schaffen, welcher eine winkelselektive Filterung ermöglicht und/oder mit bestehenden Fertigungstechnologien kostengünstig herstellbar ist.The object of the present invention is to provide an optical filter which permits angle-selective filtering and / or can be produced inexpensively with existing production technologies.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen optischen Filter gemäß Anspruch 1 und einen optischen Filter gemäß Anspruch 7 gelöst.The object of the present invention is achieved by an optical filter according to claim 1 and an optical filter according to claim 7.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel schafft die vorliegende Erfindung einen optischen Filter mit einem resonanten Wellenleitergitter, das periodisch in einer Gitterperiodenrichtung angeordnete Gitterperiodenstrukturen, z. B. einen Halbleiter oder Dielektrikum umfassend, aufweist. Die Gitterperiodenstrukturen weisen jeweils mindestens ein Gitterstrukturelement mit einer konstanten Höhe bzw. Dicke auf. Diese rechteckigen Gitterperiodenstrukturen sind lateral so angeordnet, dass sich in jeder Gitterperiodenstruktur ein sich in der Gitterperiodenrichtung ändernder effektiver Brechzahlverlauf, z. B. ein asymmetrischer oder monoton fallender Brechzahlverlauf, ausbildet. Die Gitterperiodenstrukturen des optischen Filters weisen bevorzugter Weise eine Periodenlänge auf, die kleiner ist als eine Wellenlänge einer zu filternden elektromagnetischen Welle. Durch den sich innerhalb einer Gitterperiode ändernden effektiven Brechzahlverlauf und die Wahl der Periodenlänge ist es möglich, eine winkelselektive Filterfunktion bzw. eine winkelselektive Transmission oder Reflexion auszubilden. Vorteilhafter Weise ist dabei der Herstellungsaufwand gering, da die konstante Dicke bzw. Höhe der Gitterstrukturelemente leicht herstellbar ist.In accordance with one embodiment, the present invention provides an optical filter having a resonant waveguide grating that has grating periodic structures periodically arranged in a grating period direction, e.g. B. comprises a semiconductor or dielectric comprising. The grating period structures each have at least one grating structure element with a constant height or thickness. These rectangular grating period structures are laterally arranged such that in each grating period structure, an effective refractive index characteristic changing in the grating period direction, e.g. B. an asymmetric or monotonically decreasing refractive index course, trains. The grating period structures of the optical filter preferably have a period length smaller than a wavelength of an electromagnetic wave to be filtered. Due to the changing within a grating period effective refractive index profile and the choice of the period length, it is possible to form an angle-selective filter function or an angle-selective transmission or reflection. Advantageously, while the production cost is low, since the constant thickness or height of the grid structure elements is easy to produce.
Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung basieren somit darauf, dass eine winkelselektive Filterung durch ein resonantes Wellenleitergitter ermöglicht wird, das mit bestehenden Fertigungstechnologien kostengünstig herstellbar ist. Der hier beschriebene Ansatz basiert auf den speziellen Eigenschaften von resonanten Wellenleitergittern mit einer Gitterperiodenstruktur, bei dem die Periodenlänge der Gitterperiodenstrukturen kleiner als die Wellenlänge der zu filternden elektromagnetischen Welle gewählt wird. Durch ein oder mehrere Gitterstrukturelemente bzw. Gitterstege innerhalb einer der Gitterperiodenstrukturen entsteht so ein Brechzahlverlauf, um eine licht-führende Funktion zu erreichen. Beispielsweise kann der effektive Brechzahlverlauf mittels mehreren Gitterstrukturelemente unterschiedlicher Breite, z. B. aber mit gleichem Brechungsindex und gleicher Höhe nachgebildet werden, wobei die Gitterstrukturelemente lateral innerhalb einer Gitterperiodenstruktur verteilt sind. Durch die kleine Periodenlänge können die einzelnen Gitterstrukturelemente durch das einfallende Licht nicht mehr optisch aufgelöst werden, sondern bewirken nur noch einen effektiven Brechzahlverlauf. Dieser Brechzahlverlauf ist abhängig von dem Einfallswinkel der elektromagnetischen Welle. Durch die je Einfallswinkel variierende Brechzahl (winkelabhängiger effektiver Brechzahlverlauf) kann eine winkelselektive Filterung ermöglicht werden. Mittels eines optischen Filters mit derartigen rechteckigen Gitterstrukturelementen ist einen asymmetrische Transmission oder Reflexion, aber beispielsweise auch eine symmetrische oder sinusförmige Filterfunktion realisierbar.Some embodiments of the present invention are thus based on the fact that an angle-selective filtering is made possible by a resonant waveguide grating, which can be produced inexpensively with existing production technologies. The approach described here is based on the special properties of resonant waveguide gratings with a grating period structure in which the period length of the grating period structures is chosen smaller than the wavelength of the electromagnetic wave to be filtered. As a result of one or more lattice structure elements or lattice webs within one of the lattice period structures, a refractive index profile thus arises in order to achieve a light-guiding function. For example, the effective refractive index profile by means of a plurality of lattice structure elements of different width, z. B. but be simulated with the same refractive index and the same height, wherein the lattice structure elements are distributed laterally within a grating period structure. Due to the small period length, the individual grating structure elements can no longer be optically resolved by the incident light, but only cause an effective refractive index progression. This refractive index profile is dependent on the angle of incidence of the electromagnetic wave. By varying the incidence angle refractive index (angle-dependent effective refractive index profile), an angle-selective filtering can be made possible. By means of an optical filter having such rectangular grating structure elements, an asymmetrical transmission or reflection, but for example also a symmetrical or sinusoidal filter function, can be realized.
Hierbei ist es vorteilhaft, dass derartige resonante Wellenleitergitter mit rechteckigen Gitterstrukturelementen durch konventionelle Herstellungsverfahren, beispielsweise mittels konventionellen Lithographieprozessen, sowie Ätzen, hergestellt werden können. In this case, it is advantageous that such resonant waveguide gratings with rectangular grating structure elements can be produced by conventional production methods, for example by means of conventional lithographic processes, as well as by etching.
Einem anderen Satz von Ausführungsbeispielen liegt eine Haupterkenntnis zu Grunde, wonach eine asymmetrische Transmission oder Reflexion durch einen asymmetrischen Brechzahlverlauf in den einzelnen Gitterperioden erreicht werden kann; das heißt, dass dadurch die Struktur in einer Periode des verwendeten Gitters „von links” und „von rechts” betrachtet verschieden ist. Deshalb weisen Ausführungsbeispiele eines optischen Filters periodisch in einer Gitterperiodenrichtung angeordnete Gitterperiodenstrukturen mit einem asymmetrischen, effektiven Brechzahlverlauf in der Gitterperiodenrichtung auf. Dreieckförmige Gitterstrukturelemente setzten dies um, jedoch ist deren Herstellung sehr kompliziert.Another set of embodiments is based on a fundamental knowledge, according to which an asymmetrical transmission or reflection can be achieved by an asymmetrical refractive index progression in the individual grating periods; that is, as a result, the structure is different in one period of the grating used "from the left" and "from the right". Therefore, embodiments of an optical filter periodically have grating period structures arranged in a grating period direction with an asymmetric effective refractive index characteristic in the grating period direction. Triangular lattice structure elements do this, but their manufacture is very complicated.
Die beiden oben genannten Aspekte sind gemäß Ausführungsbeispielen natürlich kombinierbar. Daher kann die binäre Nachbildung des sich kontinuierlich ändernden Brechzahlverlaufs, sowie der asymmetrische Brechzahlverlauf in den einzelnen Gitterperioden, zur Schaffung eines einfach herstellbaren optischen Filters mit einer asymmetrischen Abhängigkeit der Transmission und/oder der Reflexion einer elektromagnetischen Welle von dem Ein- und Ausfallswinkel derselben genutzt werden. In anderen Worten ausgedrückt ist es möglich, die Erzeugung eines asymmetrischen, effektiven Brechzahlverlaufs durch Zerlegung z. B. von dreieckförmigen Gitterstrukturelementen in Gitterstege bzw. Gitterstrukturelemente gleicher Höhe aber unterschiedlicher Breite zu realisieren. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen umfassen solche Gitterperiodenstrukturen jeweils zwei oder mehr durch Zwischenräume getrennte, lateral angeordnete Gitterstrukturelemente, die eine gleiche Höhe und beispielsweise einen gleichen Brechungsindex, aber unterschiedliche strukturelle Ausdehnung bzw. Breiten in einer Gitterperiodenrichtung aufweisen. Mittels Gitterstrukturelementen, die beispielsweise in Gitterperiodenrichtung eine monoton abnehmende strukturelle Ausdehnung aufweisen sind z. B. monoton fallende Brechzahlverläufe und damit asymmetrische Brechzahlverläufe realisierbar. Hierdurch entsteht ein effektiver (quasi-kontinuierlicher) Brechungsindexverlauf pro Gitterperiode in Gitterperiodenrichtung. Vorteilhafterweise ist es so möglich, dreieckförmige Gitterstrukturelemente durch rechteckige Gitterstrukturelemente zu ersetzen. Derartige Gitterstrukturelemente mit einem rechteckigen Querschnitt sind im Vergleich zu dreieckförmigen Gitterstrukturen mit konventionellen Herstellungsverfahren herstellbar.The two above-mentioned aspects can of course be combined according to embodiments. Therefore, the binary replica of the continuously changing refractive index profile, as well as the asymmetric refractive index profile in the individual grating periods, can be used to provide an easily fabricated optical filter with an asymmetric dependence of the transmission and / or the reflection of an electromagnetic wave of the incident and exit angle thereof , In other words, it is possible, the generation of an asymmetric, effective refractive index profile by decomposition z. B. of triangular lattice structure elements in lattice webs or lattice structure elements of the same height but different width to realize. According to further embodiments, such grating period structures each comprise two or more laterally spaced apart grating structure elements separated by spaces, which have an equal height and, for example, a same refractive index, but different structural dimensions or widths in a grating period direction. By means of lattice structure elements which have a monotonically decreasing structural extension, for example in the grating period direction z. B. monotonically decreasing Brechzahlverläufe and thus asymmetric Brechzahlverläufe realized. This results in an effective (quasi-continuous) refractive index profile per grating period in the grating period direction. Advantageously, it is thus possible to replace triangular grid structure elements by rectangular grid structure elements. Such lattice structural elements with a rectangular cross section can be produced in comparison with triangular lattice structures using conventional production methods.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
1a eine schematische Schnittdarstellung eines resonanten Wellenleitergitters zur Illustration des Prinzips der winkelselektiven Filterung; 1a a schematic sectional view of a resonant waveguide grating for illustrating the principle of angle-selective filtering;
1b eine schematische Schnittdarstellung eines resonanten Wellenleitergitters mit dreieckförmigen Gitterstrukturelementen zur Illustration des Prinzips der asymmetrischen winkelselektiven Filterung; 1b a schematic sectional view of a resonant waveguide grating with triangular lattice structural elements to illustrate the principle of asymmetric angle-selective filtering;
1c eine schematische Schnittdarstellung von optischen Filtern zur Erläuterung der Umsetzung eines resonanten Wellenleitergitters eines Filters gemäß 1b in ein mit konventionellen Herstellungsverfahren herstellbares Wellenleitergitter; 1c a schematic sectional view of optical filters for explaining the implementation of a resonant waveguide grating of a filter according to 1b in a manufacturable by conventional manufacturing waveguide grating;
2a eine schematische Schnittdarstellung eines optischen Filters mit einem resonanten Wellenleitergitter gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 2a a schematic sectional view of an optical filter with a resonant waveguide grating according to an embodiment; and
2b eine schematische Darstellung der Transmissionscharakteristik des optischen Filters entsprechend dem Ausführungsbeispiel aus 2a. 2 B a schematic representation of the transmission characteristic of the optical filter according to the embodiment of 2a ,
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleich wirkende Elemente und Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung der mit gleichen Bezugszeichen versehenen Elemente und Strukturen untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before embodiments of the present invention are explained in more detail in detail with reference to the drawings, it is pointed out that identical, functionally identical or identically acting elements and structures in the different figures are provided with the same reference numerals, so that the description of the illustrated in the different embodiments provided with the same reference numerals elements and structures interchangeable or can be applied to each other.
Bezugnehmend auf 1a und 1b werden zunächst verschiedene Möglichkeiten erläutert, wie eine winkelselektive Transmission oder Reflexion erzielt werden kann, um daraus dann die Vorteile der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele im Hinblick auf die Herstellung zu veranschaulichen. In 1c wird exemplarisch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert, welches hinsichtlich Funktionalität der Lösungsalternative aus 1b entspricht, aber eine mit konventionellen Herstellungsverfahren herstellbare Struktur aufweist.Referring to 1a and 1b First of all, various possibilities are explained how an angle-selective transmission or reflection can be achieved in order then to illustrate the advantages of the exemplary embodiments described below with regard to the production thereof. In 1c an exemplary embodiment of the present invention will be explained by way of example, which regards the functionality of the alternative solution 1b corresponds, but has a producible with conventional manufacturing process structure.
1a zeigt einen optischen Filter 10, bei dem auf einem Substrat 12 ein resonantes Wellenleitergitter 14 mit einer Periodenlänge 14p angeordnet ist. Innerhalb der Periodenlänge 14p sind Gitterstrukturelemente 14a und Zwischenräume 14b angeordnet. Die Filterstrukturelemente 14a, die zusammen mit den Zwischenräume 14b das resonante Wellenleitergitter 14 bilden, weisen in diesem Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt und ein optisch transparentes bzw. teilweise transparentes Material, wie z. B. einen Halbleiter oder ein Dielektrikum, auf. Bei dem resonanten Wellenleitergitter 14 weist das Substrat 12 im Vergleich zu dem Gitterstrukturelement 14a einen niedrigeren Brechungsindex auf. Ein derartiges resonantes Wellenleitergitter 14 wird in Resonanz betrieben, indem die Periodenlänge 14p in dem Bereich der Wellenlänge der zu filternden elektromagnetischen Welle oder bevorzugt kleiner als dieselbe gewählt wird und die geometrischen Parameter der Gitterperiodenstruktur entsprechend angepasst werden. Hierbei steigt beispielsweise die Reflexion des resonanten Wellenleitergitters 14 auf theoretische 100% an, während die Transmission der elektromagnetischen Welle einer bestimmten Wellenlänge vollständig unterdrückt wird. Infolgedessen entstehen stark erhöhte evaneszente Felder an der Oberfläche des optischen Filters 10. 1a shows an optical filter 10 in which on a substrate 12 a resonant waveguide grating 14 with a period length 14p is arranged. Within the period length 14p are lattice structure elements 14a and spaces 14b arranged. The filter structure elements 14a that together with the spaces between them 14b the resonant waveguide grating 14 form, point in this Embodiment a rectangular cross section and an optically transparent or partially transparent material, such. As a semiconductor or a dielectric, on. In the resonant waveguide grating 14 has the substrate 12 in comparison to the lattice structural element 14a a lower refractive index. Such a resonant waveguide grating 14 is operated in resonance by the period length 14p is selected in the range of the wavelength of the electromagnetic wave to be filtered, or preferably smaller than the same, and the geometric parameters of the grating period structure are adapted accordingly. In this case, for example, the reflection of the resonant waveguide grating increases 14 to theoretical 100%, while the transmission of the electromagnetic wave of a certain wavelength is completely suppressed. As a result, greatly increased evanescent fields arise at the surface of the optical filter 10 ,
Mit diesem optischen Filter 10 bzw. dem resonanten Wellenleitergitter 14 kann eine winkelselektive Filterfunktion, die in diesem Ausführungsbeispiel symmetrisch ist, umgesetzt werden. Beispielsweise wird eine elektromagnetische Welle 16a unter einem kleinen Einfallswinkel α16a (z. B. 0°–25°) transmittiert, während eine elektromagnetische Welle 16b unter einem großen Einfallswinkel α16b (z. B. 26°–90°) nicht transmittiert wird. Im Allgemeinen ausgedrückt kann die elektromagnetische Welle, abhängig von den genauen Anforderungen bzw. den eingestellten Parameter, wie z. B. Brechungsindices, Dicke des Substrats 12 und/oder Höhe des resonanten Wellenleitergitters 14, im gewünschten Winkelbereich transmittiert oder reflektiert werden. Das Licht aus anderen Einfallswinkeln erfährt die entgegengesetzte Funktion bzw. den entgegengesetzten Transmissions- bzw. Reflexionsgrad und wird absorbiert. Mit einem derartigen optischen Filter 10 ist es möglich extrem dünne Filter zu entwerfen, wobei jedoch die Anpassbarkeit hinsichtlich verschiedener Anforderungen beschränkt ist. Beispielsweise ist mittels des Filters 10 nicht jeglicher Verlauf eines Transmissions- bzw. Reflexionsgrads, wie z. B. eine asymmetrische Filterfunktion, realisierbar.With this optical filter 10 or the resonant waveguide grating 14 For example, an angle-selective filter function, which is symmetrical in this embodiment, can be implemented. For example, an electromagnetic wave 16a transmitted at a small angle of incidence α 16a (eg 0 ° -25 °) while an electromagnetic wave 16b at a large angle of incidence α 16b (eg 26 ° -90 °) is not transmitted. In general terms, the electromagnetic wave may vary depending on the exact requirements or set parameters, such As refractive indices, thickness of the substrate 12 and / or height of the resonant waveguide grating 14 , are transmitted or reflected in the desired angular range. The light from other angles of incidence experiences the opposite function or the opposite degree of transmission or reflection and is absorbed. With such an optical filter 10 It is possible to design extremely thin filters, but the adaptability is limited to various requirements. For example, by means of the filter 10 not every course of a transmission or reflectance, such. As an asymmetric filter function, feasible.
Ein optischer Filter, der eine asymmetrische Filterfunktion ermöglicht, ist in 1b dargestellt.An optical filter that enables an asymmetric filter function is in 1b shown.
1b zeigt einen optischen Filter 20 mit einem Substrat 12 und einem resonanten Wellenleitergitter 22. Das resonante Wellenleitergitter 22 weist Gitterstrukturelemente 22a, beispielsweise aus einem Halbleiter mit einem dreieckigen Querschnitt, auf. Die Gitterstrukturelemente 22a sind lateral, periodisch, direkt nebeneinander angeordnet, so dass eine erste Fläche der Gitterstrukturelemente 22a nährungsweise entgegen der Gitterperiodenrichtung und eine zweite Fläche nährungsweise in Gitterperiodenrichtung gerichtet ist. 1b shows an optical filter 20 with a substrate 12 and a resonant waveguide grating 22 , The resonant waveguide grating 22 has lattice structure elements 22a For example, from a semiconductor having a triangular cross-section, on. The grid structure elements 22a are arranged laterally, periodically, directly next to each other, so that a first surface of the lattice structure elements 22a approximately counter to the grating period direction and a second surface is approximately directed in the grating period direction.
Bei diesem resonanten Wellenleitergitter 22, das auch „blazed gratings” genannt wird, ist der effektive Brechzahlverlauf für eine elektromagnetische Welle 24a, die mit einem positiven Einfallswinkel α24a gegenüber einem Lot auf die Struktur 22 einfällt (beispielsweise von links) eine andere als die Brechzahl für eine elektromagnetische Welle 26a, die mit einem negativen Einfallswinkel α26a (beispielsweise von rechts) einfällt. Die gilt auch, wenn die Einfallswinkel α24a und α26a denselben Betrag aufweisen. Hintergrund hierzu ist, dass sich aufgrund der asymmetrischen Gitterstrukturelmente 22a bzw. des asymmetrischen effektiven Brechzahlverlaufs, der für eine von rechts bzw. eine von links einfallende elektromagnetische Welle unterschiedlich ist, eine unterschiedliche Änderung einer optischen Weglänge der elektromagnetischen Welle durch das resonante Wellenleitergitter 22 und das Substrat 12 ergibt. In diesem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise die elektromagnetische Welle 24a nicht so stark absorbiert, wie die elektromagnetische Welle 24a, so dass die elektromagnetische Welle 24 durch den optischen Filter 20 großteils transmittieren kann. Infolgedessen weist das resonante Wellenleitergitter 22 einen von dem Einfallswinkel α24a und α26a abhängigen Brechzahlverlauf bzw. je Einfallswinkel eine unterschiedliche Brechzahl auf.In this resonant waveguide grating 22 , which is also called "blazed gratings", is the effective refractive index curve for an electromagnetic wave 24a that with a positive angle of incidence α 24a versus a perpendicular to the structure 22 is incident (for example, from the left) other than the refractive index for an electromagnetic wave 26a which is incident with a negative angle of incidence α 26a (for example, from the right). This also applies if the angles of incidence α 24a and α 26a have the same amount. The background to this is that due to the asymmetric lattice structure elements 22a or the asymmetrical effective refractive index course, which is different for a right and a left of incident electromagnetic wave, a different change of an optical path length of the electromagnetic wave through the resonant waveguide grating 22 and the substrate 12 results. In this embodiment, for example, the electromagnetic wave 24a not so strongly absorbed as the electromagnetic wave 24a so that the electromagnetic wave 24 through the optical filter 20 can largely transmit. As a result, the resonant waveguide grating faces 22 a dependent on the angle of incidence α 24a and α 26a refractive index course or angle of incidence on a different refractive index.
Da eine derartige Gitterperiodenstruktur 22 mit dreieckigen Gitterstrukturelementen 22a, also mit schrägen Kanten, sehr aufwendig herzustellen ist, wird in 1c eine Umsetzung eines derartigen optischen Filters erläutert, die mit konventionellen Herstellungsmethoden, wie z. B. Tiefätzverfahren mittels einer Ätzmaske aus Metall herstellbar ist. Mit der Ätzmaske werden diejenigen Strukturbereiche maskiert, die unangetastet bleiben sollen und diejenigen Strukturbereiche nicht maskiert, die tiefgeätzt werden sollen. Hierdurch sind typischerweise nur Strukturen bzw. Gitterstrukturelemente mit rechteckigem Querschnitt und konstanter Breite erzeugbar. 1c zeigt in der Darstellung (1) den optischen Filter 20 gemäß 1b. In der Darstellung (2) ist die Realisierung der Funktionalität des optischen Filters 20 mittels einem optischen Filter 30, der Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, illustriert.Because such a grating period structure 22 with triangular lattice structure elements 22a , so with oblique edges, is very expensive to produce, in 1c an implementation of such an optical filter explained, with conventional production methods such. B. deep etching by means of an etching mask made of metal can be produced. With the etching mask those structural areas are masked, which should remain untouched and those areas of the structure which are to be deep-etched. As a result, typically only structures or lattice structure elements with a rectangular cross section and a constant width can be generated. 1c shows in the illustration (1) the optical filter 20 according to 1b , In illustration (2) is the realization of the functionality of the optical filter 20 by means of an optical filter 30 , the grid structure elements 32a . 32b and 32c having a substantially rectangular cross section, illustrated.
Der optische Filter 30 umfasst ein Substrat 34, auf welches Gitterperiodenstrukturen 32_1 mit einer Periodenlänge 32p aufgebracht sind, so dass ein resonantes Wellenleitergitter 32 geformt wird, wobei die Periodenlänge 32p der Periodenlänge 22p des optischen Filters 20 entspricht. Jede Gitterperiodenstrukturen 32_1 umfasst exemplarisch drei rechteckige, unterschiedlich breite Gitterstrukturelementen 32a, 32b und 32c in Form von gleich hohen, senkrecht von dem Substrat hervorragende, länglich Linienelemente, die jeweils durch Zwischenräume 36 getrennt sind. Auch wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die Gitterperiodenstruktur 32_1 zur Veranschaulichung drei Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c umfasst, wird an dieser Stelle angemerkt, dass die Erfindung sich auch auf resonante Wellenleitergitter bezieht, die innerhalb einer Gitterperiodenstruktur zwei oder mehr als drei Gitterstrukturelemente gleicher Höhe h32 aufweisen. Dadurch, dass die strukturelle Ausdehnung in Gitterperiodenrichtung des Gitterstrukturelements 32a größer ist als die des Gitterstrukturelements 32b, die wiederum größer ist als die des Gitterstrukturelements 32c, wird der in Periodenrichtung (z. B. monoton oder linear) abnehmenden effektive Brechungsindexverlauf der dreieckförmigen Gitterstrukturelemente 22a nachgebildet, da die einzelnen Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c bei der Filterung nicht optisch aufgelöst bzw. abgebildet werden, da ja die Periodenlänge 32p so gewählt ist, dass diese kleiner ist als eine Wellenlänge der zu filternden elektromagnetischen Welle. Durch einen derartigen optischen Filter 30 mit dem resonanten Wellenleitergitter 32 kann vorteilhafter Weise die Funktionalität, nämlich eine asymmetrische, winkelselektive Transmission oder Reflexion, des optischen Filters 20 realisiert werden, wobei die Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c mit konventionellen Herstellungsmethoden herstellbar sind.The optical filter 30 includes a substrate 34 on which grating period structures 32_1 with a period length 32p are applied, leaving a resonant waveguide grating 32 is formed, the period length 32p the period length 22p of the optical filter 20 equivalent. Each grating period structures 32_1 exemplifies three rectangular, different width lattice structure elements 32a . 32b and 32c in the form of equally high, perpendicular from the substrate outstanding, elongated line elements, each through spaces 36 are separated. Even if this Embodiment, the grating period structure 32_1 to illustrate three lattice structural elements 32a . 32b and 32c includes, it is noted at this point that the invention also relates to resonant waveguide gratings, which have two or more than three grating structure elements of the same height h 32 within a grating period structure. Characterized in that the structural extension in the grating period direction of the lattice structural element 32a greater than that of the lattice structural element 32b , which in turn is larger than that of the lattice structural element 32c , decreases in the period direction (eg, monotone or linear) effective refractive index profile of the triangular lattice structure elements 22a modeled since the individual grid structure elements 32a . 32b and 32c are not optically resolved or imaged in the filtering, since the period length 32p is chosen so that it is smaller than a wavelength of the electromagnetic wave to be filtered. By such an optical filter 30 with the resonant waveguide grating 32 Advantageously, the functionality, namely an asymmetric, angle-selective transmission or reflection, of the optical filter 20 be realized, wherein the grid structure elements 32a . 32b and 32c can be produced by conventional production methods.
Bezug nehmend auf 2 wird ein Ausführungsbeispiel detailliert erläutert, das auf dem eben vorgestellten Ansatz basiert und dadurch einen über den Einfallswinkel variablen Brechzahlenverlauf bzw. eine winkelselektive Transmission oder Reflexion aufweist.Referring to 2 an exemplary embodiment is explained in detail, which is based on the approach just presented and thereby has a variable over the angle of incidence refractive index profile or an angle-selective transmission or reflection.
2a zeigt den optischen Filter 30 mit dem resonanten Wellenleitergitter 32, das auf dem Substrat 34 angeordnet ist. Das resonante Wellenleitergitter 32 weist periodisch entlang einer Gitterperiodenrichtung verteilt angeordnete Gitterperiodenstrukturen 32_1 mit einer Periodenlänge 32p auf. Jede Gitterperiodenstruktur 32_1 umfasst die drei Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c, die sich senkrecht zur Gitterperiodenrichtung entlang einer Oberfläche des Substrats 34 erstrecken und einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die strukturellen Ausdehnungen b32a, b32b und b32c der einzelnen Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c unterscheiden sich, während die Anordnung der Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c so gewählt ist, dass diese eine asymmetrische Gitterperiodenstruktur 32_1 in Gitterperiodenrichtung und damit einen asymmetrischen Brechzahlverlauf aufweisen. In anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass keine Achse und/oder Ebene senkrecht zur Gitterperiodenstruktur 32_1 existiert, die eine Spiegelachse und/oder Spiegelebene für die Gitterperiodenstruktur 32_1 in Gitterperiodenrichtung bildet, oder dass entlang der Gitterperiodenrichtung der Brechzahlverlauf in keiner Gitterperiode eine Spiegelsymmetrie aufweist. 2a shows the optical filter 30 with the resonant waveguide grating 32 that on the substrate 34 is arranged. The resonant waveguide grating 32 has periodically distributed grating period structures along a grating period direction 32_1 with a period length 32p on. Each grating period structure 32_1 includes the three lattice structure elements 32a . 32b and 32c perpendicular to the grating period direction along a surface of the substrate 34 extend and have a rectangular cross-section. The structural dimensions b 32a , b 32b and b 32c of the individual lattice structural elements 32a . 32b and 32c differ while the arrangement of lattice structural elements 32a . 32b and 32c is chosen such that it has an asymmetric grating period structure 32_1 in grating period direction and thus have an asymmetric refractive index profile. In other words, this means that no axis and / or plane perpendicular to the grating period structure 32_1 exists, which is a mirror axis and / or mirror plane for the grating period structure 32_1 forms in grating period direction, or that along the grating period direction of the refractive index profile in any grating period has a mirror symmetry.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nimmt die strukturelle Ausdehnung bzw. die Breite b32a, b32b und b32c der Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c über die Periodenlänge 32p hinweg ab (b32a > b32a > b32c). Die Breiten b32a, b32b und b32c der Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c, die an den Positionen 0, 0,33 und 0,66 bezogen auf die Periodenlänge 32p angeordnet sind, können von der Periodenlänge 32p abhängen und tendenziell oder monoton in Gitterperiodenrichtung abnehmen. Beispielsweise kann die Breite b32a 0,29 × Periodenlänge 32p betragen, die Breite b32b 0,18 × Periodenlänge 32p und die Breite b32c 0,1 × Periodenlänge 32p. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Breite b36 der Zwischenräume 36 (z. B. ca. 0,14 × Periodenlängen 32p) als konstant dargestellt, wobei diese bevorzugter, aber nicht notwendiger Weise in Gitterperiodenrichtung variiert oder abnimmt. Deshalb kann alternativ die Breite b32a, b32b und b32c der Gitterstrukturelemente 32a, 32b, 32c sowie die Breite b36 der Zwischenräume 36 über die Periodenlänge innerhalb einer Gitterperiodenstruktur einen abnehmenden Verlauf bzw. einen monoton oder linear abnehmenden Verlauf aufweisen. Die Gitterperiodenelemente 32a, 32b und 32c weisen eine Höhe h32, z. B. 270 nm oder eine Höhe in einem Bereich von 25 nm bis 1000 nm, auf. Es wird angemerkt, dass die Breiten b32a, b32b und b32c bzw. die strukturelle Ausdehnung in Gitterperiodenrichtung über die Höhe h32 konstant sind.In the present embodiment, the structural extension or width b 32a , b 32b and b 32c of the lattice structure elements increases 32a . 32b and 32c over the period length 32p from (b 32a > b 32a > b 32c ). The widths b 32a , b 32b and b 32c of the lattice structure elements 32a . 32b and 32c at the positions 0, 0.33 and 0.66 in relation to the period length 32p can be arranged from the period length 32p depend and tend to decrease or monotone in the grating period direction. For example, the width b 32a may be 0.29 × period length 32p be, the width b 32b 0.18 × period length 32p and the width b 32c is 0.1 × period length 32p , In this embodiment, the width b is 36 of the spaces 36 (eg about 0.14 × period lengths 32p ) is shown to be constant, this more preferably but not necessarily varying or decreasing in the grating period direction. Therefore, alternatively, the width b 32a , b 32b and b 32c of the lattice structure elements 32a . 32b . 32c and the width b 36 of the spaces 36 have a decreasing course or a monotonously or linearly decreasing course over the period length within a grating period structure. The grating period elements 32a . 32b and 32c have a height h 32 , z. B. 270 nm or a height in a range of 25 nm to 1000 nm, on. It is noted that the widths b 32a , b 32b and b 32c and the structural extension in the grating period direction over the height h 32 are constant.
Die Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c, die beispielsweise Silizium, ein anderes Halbleitermaterial, ein Metall oder ein Dielektrikum aufweisen, haben gleiche Brechungsindices von z. B. 3,677 bzw. in einem Bereich von 1,5 bis 5,0. Das Substrat 34 weist z. B. Kieselglas mit einem Brechungsindex in Höhe von 1,5374 bzw. in einem Bereich von 1,1 bis 3,5 auf. Die beiden Brechungsindices unterscheiden sich im Allgemeinen um mindestens einen Faktor von 0,5 oder 1,0 oder 2,0, so dass der Brechungsindex der Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c größer als der des Substrats 34 ist bzw., in anderen Worten ausgedrückt, dass eine hoch brechende Schicht 32 auf einem niedrig brechendem Substrat 34 gebildet wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Zwischenräume 36 Luft und damit einem Brechungsindex von 1,0 auf.The grid structure elements 32a . 32b and 32c having, for example, silicon, another semiconductor material, a metal or a dielectric, have the same refractive indices of z. B. 3,677 or in a range of 1.5 to 5.0. The substrate 34 has z. Example, silica glass having a refractive index in the amount of 1.5374 or in a range of 1.1 to 3.5. The two refractive indices generally differ by at least a factor of 0.5 or 1.0 or 2.0, such that the refractive index of the grating structure elements 32a . 32b and 32c larger than that of the substrate 34 is, in other words, that a high refractive layer 32 on a low-breaking substrate 34 is formed. In the present embodiment, the spaces 36 Air and thus a refractive index of 1.0.
Der optische Filter 30 ist für Wellenlängen von λ = 850 nm optimiert, was aber keine Beschränkung auf diesen Wellenlängenbereich darstellt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Periodenlänge 32p von 740 nm, also kleiner als die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle, gewählt. Die Periodenlänge 32p der Gitterperiodenstruktur 32_1 hängt neben der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle auch von den Brechungsindices der Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c bzw. des Substrats 34 ab. Durch geeignete Wahl der Gitterparameter, wie z. B. Periodenlänge 32p, Höhe h32 des resonanten Wellenleitergitters 32 oder Breite b32a, b32b und b32c der Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c, und durch geeignete Wahl der Brechungsindices bzw. der Materialien, die die Brechungsindices definieren, ist eine Optimierung auf diese Wellenlänge oder eine Adaption auf weitere Wellenlängenbereiche möglich. Des Weiteren können vorteilhafter Weise mittels Variation dieser Parameter die Winkelbereiche der elektromagnetischen Strahlung eingestellt werden, die transmittiert oder reflektiert werden sollen.The optical filter 30 is optimized for wavelengths of λ = 850 nm, but this is not a limitation in this wavelength range. In the present embodiment, a period length 32p of 740 nm, that is smaller than the wavelength of the electromagnetic wave. The period length 32p the grating period structure 32_1 In addition to the wavelength of the electromagnetic wave also depends on the refractive indices of the lattice structure elements 32a . 32b and 32c or the substrate 34 from. By a suitable choice of the lattice parameters, such as. B. Period length 32p , Height h 32 of the resonant waveguide grating 32 or Width b 32a , b 32b and b 32c of the lattice structure elements 32a . 32b and 32c , and by suitable choice of the refractive indices or the materials which define the refractive indices, an optimization to this wavelength or an adaptation to further wavelength ranges is possible. Furthermore, advantageously by means of variation of these parameters, the angular ranges of the electromagnetic radiation to be transmitted or reflected can be set.
2b zeigt ein Diagramm einer Transmissionscharakteristik für den optischen Filter 30 gemäß 2a. Hierbei ist der Transmissionsgrad, der den prozentualen Anteil der transmittierten elektromagnetischen Welle darstellt, in Abhängigkeit vom Einfallswinkel (–90° bis +90°) dargestellt. Diese Auswertung Transmissionscharakteristik ist mit Hilfe der RCWA (rigorous coupled-wave analysis = Analyse von elektromagnetischen Wellen in periodischen Konfigurationen) durchgeführt. Diese Analyse basiert auf einem Rigorosem Algorithmus, der er es ermöglicht, die Beugung an einem Gitter im stationären Fall zu simulieren. Ein Graph 38 illustriert den Anteil der elektromagnetischen Welle bzw. des Lichts, der durch den optischen Filter 30 transmittiert werden kann. Es ist anzumerken, dass der Graph 38 für den TM-polarisierten (transversal-magnetischen) Anteil des Lichts gilt. 2 B shows a diagram of a transmission characteristic for the optical filter 30 according to 2a , Here, the transmittance, which represents the percentage of the transmitted electromagnetic wave, as a function of the angle of incidence (-90 ° to + 90 °) shown. This evaluation transmission characteristic is carried out with the aid of RCWA (rigorous coupled-wave analysis = analysis of electromagnetic waves in periodic configurations). This analysis is based on a rigorous algorithm, which allows to simulate the diffraction on a stationary grid. A graph 38 illustrates the contribution of the electromagnetic wave or light passing through the optical filter 30 can be transmitted. It should be noted that the graph 38 for the TM polarized (transversal magnetic) portion of the light.
Der Graph 38 hat ein Maximum bei einem Einfallswinkel von ca. –45°, d. h., wenn die elektromagnetische Welle schräg von links einfällt. Bei negativem Einfallswinkel liegt der Transmissionsgrad bzw. die Transmission etwa zwischen 50% und 85%. Für positive Einfallswinkel weist der Graph 38 einen wesentlich geringeren Transmissionsgrad von ca. 20% auf. In anderen Worten ausgedrückt zeigt das Diagramm, dass erste Transmissionsgrad für eine elektromagnetische Welle, die unter einem positiven Einfallswinkel bezogen auf ein Lot auf das resonante Wellenleitergitter einfällt, sich von einem zweiten Transmissionsgrad für eine elektromagnetische Welle signifikant unterscheidet, die unter einem negativen Einfallswinkel (mit gleichem Betrag) oder unter einen entgegengesetzten Winkel (z. B. von einer gegenüberliegenden Seite) einfällt.The graph 38 has a maximum at an angle of incidence of about -45 °, that is, when the electromagnetic wave is incident obliquely from the left. At a negative angle of incidence, the transmittance or the transmission is approximately between 50% and 85%. For positive angles of incidence, the graph shows 38 a much lower transmittance of about 20%. In other words, the diagram shows that first transmittance for an electromagnetic wave incident on the resonant waveguide grating at a positive angle of incidence with respect to a perpendicular is significantly different from a second transmittance for an electromagnetic wave incident at a negative angle of incidence (with same amount) or at an opposite angle (eg, from an opposite side).
Auch wenn in den vorliegenden Ausführungsbeispielen die optischen Filter als Transmissionsfilter beschrieben worden, beziehen sich die beschriebenen Aspekte ebenfalls auf optische Filter, die als Reflexionsfilter betrieben werden.Although in the present embodiments the optical filters have been described as transmission filters, the described aspects also relate to optical filters which are operated as reflection filters.
Bezug nehmend auf 2a wird angemerkt, dass die Gitterperiodenstruktur 32_1 anstelle der Zwischenräume 36 alternativ Gitterstrukturelemente mit einem von den Gitterstrukturelementen 32a, 32b und 32c abweichenden Brechungsindex aufweisen kann. Die Brechungsindexdifferenz zwischen den Gitterstrukturelementen 32a, 32b und 32c und den Zwischenräumen 36 kann z. B. mehr als 0,5, 1,0 oder 2,5 betragen. Insofern kann die dargestellte Struktur mit anderen Worten dadurch beschrieben werden, dass die Gitterstrukturelemente 32a, 32b, 32c mit einem ersten Brechungsindex und die Zwischenräume 36 mit einem zweiten Brechungsindex lateral entlang der Gitterstrukturrichtung abwechselnd mit einer Periode angeordnet sind, wobei die Breite von zumindest zwei Gitterstrukturelementen innerhalb einer Gitterperiode sich ändert bzw. abnimmt oder monoton abnimmt.Referring to 2a it is noted that the grating period structure 32_1 instead of the gaps 36 alternatively grid structure elements with one of the grid structure elements 32a . 32b and 32c may have different refractive index. The refractive index difference between the lattice structure elements 32a . 32b and 32c and the gaps 36 can z. B. more than 0.5, 1.0 or 2.5. In this respect, the illustrated structure can in other words be described by the fact that the grid structure elements 32a . 32b . 32c with a first refractive index and the spaces between them 36 are arranged with a second refractive index laterally along the lattice structure direction alternately with a period, wherein the width of at least two lattice structure elements within a grating period changes or decreases or decreases monotonically.
Es wird an dieser Stelle Bezug nehmend auf 2a angemerkt, dass die strukturellen Ausdehnungen b32a, b32b und b32c der Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c sowie ggf. der Zwischenräume 36 auch in Gitterperiodenrichtung zunehmen bzw. monoton zunehmen kann, was einer gespiegelten asymmetrischen Filterfunktion gegenüber der in 2b dargestellten Filterfunktion entspricht.It will be referred to here 2a noted that the structural dimensions b 32a , b 32b and b 32c of the lattice structure elements 32a . 32b and 32c as well as possibly the gaps 36 can also increase in the grating period direction or increase monotonically, which is a mirrored asymmetric filter function compared to in 2 B corresponds to the filter function shown.
Hinsichtlich der Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c können verschiedene optische, transparente oder semitransparente Materialien genutzt werden, so dass die Gitterstrukturelemente ein Metall, ein Glas, einen Halbleiter, ein Dielektrikum, ein eingeschlossenes Gas, wie z. B. Luft oder ein Vakuum aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c innerhalb der Gitterperiodenstruktur 32_1 auch unterschiedliche Materialen und damit unterschiedliche Brechungsindices aufweisen.With regard to the lattice structure elements 32a . 32b and 32c For example, various optical, transparent or semi-transparent materials may be used such that the lattice structure elements include a metal, a glass, a semiconductor, a dielectric, an enclosed gas such as e.g. As air or have a vacuum. Alternatively, it is also possible that the grid structure elements 32a . 32b and 32c within the grating period structure 32_1 also have different materials and thus different refractive indices.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es denkbar, dass bei dem resonanten Wellenleitergitter 32 in den Zwischenräumen 36 und/oder auf den Gitterstrukturelementen 32a, 32b und 32c einen weitere Schicht mit einem weiteren Brechungsindex angeordnet ist, um Parameter hinsichtlich der Winkelselektion für die Reflexion bzw. Transmission oder hinsichtlich der Wellenlänge der zu filternden Elektromagnetischen Welle geeignet einzustellen.According to a further embodiment, it is conceivable that in the resonant waveguide grating 32 in the interstices 36 and / or on the grid structure elements 32a . 32b and 32c a further layer having a further refractive index is arranged to suitably set parameters with regard to the angle selection for the reflection or with respect to the wavelength of the electromagnetic wave to be filtered.
Alternativ kann das resonante Wellenleitergitter 32 aus 2a bzw. die Gitterstrukturelemente 32a, 32b und 32c oder die Zwischenräume 36 zumindest teilweise durch ein strukturiertes Substrat bzw. genauer durch die nicht entfernten Bereiche des Substrats 44 gebildet sein.Alternatively, the resonant waveguide grating 32 out 2a or the grid structure elements 32a . 32b and 32c or the spaces between them 36 at least partially by a patterned substrate or, more precisely, by the non-removed areas of the substrate 44 be formed.
Bezug nehmend auf 1c wird angemerkt, dass das Prinzip, den Brechzahlverlauf mittels einem einzelnen oder mehreren Gitterstrukturelementen nachzubilden, nur exemplarisch anhand einen asymmetrischen Wellenleitergitter, welches einen asymmetrischen Brechzahlverlauf und damit eine asymmetrische Filterfunktion realisiert, erörtert wurde. Die in 1c beschriebenen Aspekte beziehen sich ebenso auf resonante Wellenleitergitter mit symmetrischen, z. B. sinusförmigen, Gitterstrukturelementen und damit symmetrischen bzw. sinusförmigen Filterfunktionen.Referring to 1c It is noted that the principle of emulating the refractive index profile by means of a single or multiple grating structure elements has been discussed only by way of example with reference to an asymmetrical waveguide grating which implements an asymmetric refractive index profile and thus an asymmetric filter function. In the 1c described aspects also relate to resonant waveguide gratings with symmetric, z. B. sinusoidal, lattice structure elements and thus symmetrical or sinusoidal filter functions.
Auch wenn die Gitterperiodenstruktur 32_1 bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispiele durch mindestens zwei Gitterstrukturelemente 32a und 32b, die durch Zwischenräume 36 voneinander getrennt sind, beschrieben wurde, kann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen die Gitterperiodenstruktur 32_1 ein einziges Gitterstrukturelement mit einem sich in Gitterperiodenrichtung ändernden Brechzahlverlauf aufweisen. Das derartige Gitterstrukturelement erstreckt sich bei konstanter Höhe über die gesamte Gitterperiode oder ist durch einen Zwischenraum von dem nächsten Gitterstrukturelement der nächsten Gitterperiodenstruktur getrennt. Der Brechzahlverlauf wird beispielsweise mittels eines in Gitterperiodenrichtung variierten Material-Dichtenverlaufs ausgebildet. Für optische Filter mit einer asymmetrischen Filterfunktion bedeutet das, dass die (Material-)Dichte auf einer ersten Seite des Gitterstrukturelements größer ist als auf einer (in Gitterperiodenrichtung) zweiten Seite, so dass die Dichte und damit die Brechzahl innerhalb des Gitterstrukturelements (monoton) abnehmen. Bei der Herstellung kann die Dichte des Gitterstrukturelements beispielsweise durch Einbringen von Perforationsstellen in das Gitterstrukturelement 32a verändert werden, wobei die Dichte des Gitterstrukturelements 32a beispielsweise dadurch beeinflussbar ist, dass die Anzahl der Perforationsstellen pro Oberflächenanteil oder der Durchmesser derselben lateral variiert. Für ein asymmetrisches Gitterstrukturelement würde das bedeuten, dass die Anzahl der Perforationsstellen in Gitterperiodenrichtung von der ersten zu der zweiten Seite (monoton) ab- bzw. zunimmt. Diese Perforationsstellen ragen senkrecht von der Oberfläche des Gitterstrukturelements 32a in dasselbe hinein und erstrecken sich über die gesamte Gitterstrukturelementdicke bzw. Höhe h32. Derartige perforierte Gitterstrukturelemente sind ebenfalls mit konventionellen Lithografie-Prozessen und Ätzprozessen herstellbar.Even if the grating period structure 32_1 in the embodiments described above by at least two lattice structure elements 32a and 32b passing through spaces 36 can be separated from each other, according to other embodiments, the grating period structure 32_1 a single lattice structural element having a changing in the grating period direction refractive index course. Such grating structure element extends at constant height over the entire grating period or is separated by a gap from the next grating structure element of the next grating period structure. The refractive index profile is formed, for example, by means of a varied in Gitterperiodenrichtung material density profile. For optical filters with an asymmetric filter function, this means that the (material) density on a first side of the lattice structure element is greater than on a (in lattice period direction) second side, so that the density and thus the refractive index within the lattice structure element decrease (monotonously) , During production, the density of the lattice structural element can be determined, for example, by introducing perforation points into the lattice structural element 32a be changed, the density of the lattice structural element 32a For example, it can be influenced by the fact that the number of perforation points per surface portion or the diameter thereof varies laterally. For an asymmetric lattice structure element this would mean that the number of perforation points in the grating period direction decreases (monotonously) from the first to the second side. These perforations project perpendicularly from the surface of the lattice structural element 32a into the same and extend over the entire grating structural element thickness or height h 32 . Such perforated lattice structure elements can likewise be produced by conventional lithographic processes and etching processes.
