DE102011101415A1

DE102011101415A1 - Optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe mit Strahlführung gleicher Weglänge

Info

Publication number: DE102011101415A1
Application number: DE102011101415A
Authority: DE
Inventors: Andrés Fabián Lasagni; Matthias Bieda
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-11-15
Also published as: DE202011110732U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe mit einem Strahlteiler, auf den ein Laserstrahl entlang einer optischen Hauptachse der Anordnung einstrahlbar ist und mit dem dieser eingestrahlte Laserstrahl in einen transmittierten Teilstrahl und einen reflektierten Teilstrahl aufteilbar ist, wobei der reflektierte Teilstrahl bevorzugt mit einem Winkel von 90° zur Hauptachse reflektierbar ist, sowie einem im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls angeordneten ersten Positionierspiegel und einem im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls angeordneten zweiten Positionierspiegel, wobei die beiden Positionierspiegel zum Reflektieren der beiden Teilstrahlen auf einen gemeinsamen Zielpunkt und so angeordnet und ausgerichtet sind, dass die optische Weglänge der beiden Teilstrahlen zwischen dem Strahlteiler und dem gemeinsamen Zielpunkt dieselbe ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Interferenz-Aufbau eines optischen Systems zur Laserinterferenzstrukturierung, also auf eine optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe.
Optische Anordnungen zur Laserinterferenzstrukturierung von Proben sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So zeigt die US 6,549,309 B1 einen Aufbau zum Erzeugen von holografischen Mustern auf einer Probe, in dem die Probe mit einem Interferenzmuster bestrahlt wird (die Strukturierung geschieht dann dadurch, dass, wie auch bei der vorliegenden Erfindung, an den Stellen der Interferenzmaxima eine ausreichende Strahlintensität zum Abtragen von Material führt). Bei dieser Anordnung wird ein Laserstrahl mittels eines halbdurchlässigen Strahlteilers in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, wobei beide Teilstrahlen einen unterschiedlichen geometrischen Weg bzw. eine unterschiedliche optische Weglänge bis zum Auftreffen auf der zu strukturierenden Probe aufweisen. Diese unterschiedliche optische Weglänge der beiden Teilstrahlen kann jedoch zu einer Verminderung der Strukturierungseffizienz führen (siehe nachfolgend).
Aus dem Stand der Technik ist darüber hinaus eine Anordnung mit einem diffraktiven Strahlteiler bekannt, wo die geteilten Strahlen über Linsen wieder zusammengeführt werden (A. Lasagni, P. Shao, J. Hendricks, C. M. Shaw, D. Martin and S. Das „Direct fabrication of periodic Patterns with hierarchical sub-wavelength structures an poly(3,4-ethylene dioxythiopene)poly(styrene sulfonate) thin films using femtosecond laser interferene patterning, Applied Surface Science 256 (2010) 1708–1713). Nachteilig dabei ist jedoch, dass die Transmissionskomponente des geteilten Strahls geblockt werden muss und damit sehr viel Strahlenergie des Eingangstrahls verloren geht. Zudem können hohe Energiedichten leicht zu einer Zerstörung der diffraktiven Optik führen. Auch ist eine großflächige Bearbeitung nicht möglich.
Wie bereits angedeutet, führt die fehlende Berücksichtigung des geometrischen Wegunterschiedes, also der unterschiedlichen optischen Weglänge der beiden Teilstrahlen nach dem Aufteilen mittels eines Strahltellers beim erstgenannten Stand der Technik in der Regel zu einer Verminderung der Strukturierungseffizienz. Tritt noch hinzu, dass die Einfallswinkel der beiden Teilstrahlen auf die Oberfläche der zu strukturierenden Probe ungleich sind, das heißt. Θ₁ ≠ Θ₂. dann kann dies zusätzlich zu unsymmetrischen und/oder inhomogenen Strukturen führen. Deshalb ist es in der Regel notwendig, dass die Einfallswinkel der beiden Teilstrahlen auf die Probe gleich sind (Θ₁ = Θ₂).
4a zeigt eine schematische Darstellung des Strahlverlaufs bei einer Zweistrahlinterferenz der beiden Teilstrahlen im Stand der Technik, wenn der geometrische Wegunterschied der beiden Teilstrahlen nicht berücksichtigt wird. Wird vorausgesetzt, dass Θ₁ = Θ₂ = Θ ist, dann entspricht der Unterschied in der optischen Weglänge der beiden Teilstrahlen, also der Gangunterschied Δ genau der Differenz der geometrischen Weglängen n·(L₁ + L₂) und n·(L₃ + L₄), wobei n die Brechzahl desjenigen Mediums ist, in dem die Ausbreitung der Laserstrahlung stattfindet. Somit gilt unter der Voraussetzung gleicher Einfallswinkel (Θ = Θ₁ = Θ₁) Δ = n·[[L₁ + L₃ / cosΘ) – (L₃ + L₄) (1)
Mit L₁ = (L₃ + L₅)tanΘ und L₄ = L₅tanΘ folgt: Δ = ·L₃(tanΘ + 1 / cosΘ – 1) (2)
4b bis 4d zeigen die entsprechende zeitliche Verzögerung (in Abhängigkeit von L₃), mit der zwei den Teilstrahlen entsprechende Laserpulse (bei Verwendung von gepulster Laserstrahlung, wie es bei der Laserinterferenzstrukturierung üblich ist) auf die zu strukturierende Oberfläche bzw. das Substrat auftreffen (hierbei sind Normalbedingungen vorausgesetzt, dass heißt n = 1). P ist hierbei die Periode der Interferenzstrukturen, die in die Oberfläche der Probe einstrukturiert werden.
Bei der in den 4b bis 4d gezeigten Abhängigkeit der zeitlichen Verzögerung des Auftreffens der Laserpulse der beiden Teilstrahlen von L₃ (gezeigt ist jeweils das Verhältnis des Unterschiedes Δt in der Pulslaufzeit und der Pulsdauer τ) ist zu erkennen, dass mit zunehmendem L₃ auch der Zeitunterschied bzw. die zeitliche Verzögerung größer wird. Darüber hinaus hat die Laserpulsdauer τ einen starken Einfluss auf die zeitliche Verschiebung zweier Pulse der beiden Teilstrahlen. Je kürzer die Laserpulse sind, umso größer ist der Zeitunterschied beim Auftreffen auf die Probe (beispielsweise Metallsubstrat). Bei einer Pulsdauer von τ = 10 ns; einer Kohärenzlänge von L_k = 3 m und einem geometrischen Gangunterschied von beispielsweise = 3 cm trifft der spätere Puls ca. 33 ps später auf, als der erste Puls, was einem Zeitunterschied von 0.3% entspricht. Bei Pulsdauern von τ = 1 ns bzw. τ = 0.1 ns vergrößert sich der Zeitunterschied um einen Faktor 10 (3%) bzw. 100 (30%).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe (sowie ein entsprechendes Strukturierungsverfahren) zur Verfügung zu stellen, die eine Verminderung der Strukturierungseffizienz sowie unsymmetrische und/oder inhomogene Strukturen vermeidet, also ganz allgemein zu einer verbesserten Interferenzstrukturierung führt.
Die vorstehend genannte erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine optische Anordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein entsprechendes Strukturierungsverfahren gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung lassen sich jeweils den abhängigen Patentansprüchen entnehmen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein, dann anhand von mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben. Die in den Ausführungsbeispielen in Kombination miteinander realisierten Einzelmerkmale müssen dabei im Rahmen des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzumfangs nicht genau in der in den Ausführungsbeispielen gezeigten Art und Weise (dies betrifft insbesondere die Positionierung und/oder Ausrichtung einzelner optischer Elemente der Anordnung) realisiert werden, sondern können auch auf andere Art und Weise realisiert werden. Insbesondere können einzelne der gezeigten Merkmale bzw. optischen Elemente auch weggelassen werden oder auch auf andere Art und Weise positioniert und/oder ausgerichtet oder mit anderen optischen Elementen kombiniert werden.
Grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung ist es, die einzelnen zur Strahlführung verwendeten optischen Elemente der Anordnung so zu positionieren und auszurichten, dass ein Zeitunterschied zwischen Laserpulsen der beiden Teilstrahlen, die auf die Probe treffen, vermieden wird. Die einzelnen optischen Elemente der Anordnung werden also so ausgerichtet und angeordnet, dass die optische Weglänge der beiden Teilstrahlen dieselbe ist, dass also kein geometrischer Wegunterschied der beiden Teilstrahlen existiert. Zudem werden die einzelnen optischen Elemente der erfindungsgemäßen Anordnung und die Probe so ausgerichtet und positioniert, dass gleiche Einfallswinkel (relativ zur Oberflächennormalen der zu bearbeitenden Probe) für die beiden auf die Probe einfallenden Teilstrahlen realisiert werden.
Ein wesentliches optisches Element der Anordnung ist hierbei zunächst ein halbdurchlässiger Strahlteiler, mit dem der zur Strukturierung verwendete (z. B. mittels eines Nd:YAG-Lasers erzeugte), in der Regel gepulste Laserstrahl (Pulsdauer. z. B. zwischen 0.01 und 100 Nanosekunden) in die beiden Teilstrahlen, nachfolgend auch als transmittierter und als reflektierter Teilstrahl bezeichnet, aufgeteilt wird. Die beiden Teilstrahlen werden dann, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben, mittels einzelner Spiegel so geführt, dass ein optischer Wegunterschied zwischen den beiden Teilstrahlen vermieden wird.
Unter einem Spiegel ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jegliches optisches Element zu verstehen, das in der Lage ist, Laserstrahlen in ihrer Richtung umzulenken (beispielsweise durch Reflexion). Ebenso wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem Reflektieren eines (Teil)Strahls ganz allgemein jegliches Umlenken dieses Strahls verstanden, unabhängig davon, welcher konkrete physikalische Prozess (an dem dazu verwendeten optischen Element) letztendlich zu diesem Umlenken führt. Entsprechend wird unter einer Transmission eines (Teil)Strahls durch ein verwendetes optisches Element (insbesondere: Strahlteiler) verstanden, dass zumindest ein Teil des entsprechenden Laserstrahls dieses optische Element ohne Richtungsänderung durchdringt.
Die vorliegende Erfindung beschreibt somit eine optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung, bei der durch eine gezielte Positionierung von Spiegeln gleiche Weglängen der Teilstrahlen realisiert werden, so dass die zeitliche Verzögerung der Überlappung von Pulsen unterschiedlicher Teilstrahlen Null ist. Dies ist insbesondere für Lasersysteme mit kürzeren Pulsdauern von Bedeutung, da die zeitliche Verzögerung, die insbesondere bei sehr kurzen Laserpulsen beim Auftreffen auf die Probe einen kritischen Wert darstellt (4b–4d), minimiert wird.
Darüber hinaus wird mit der vorliegenden Erfindung auch eine Verbesserung des Kontrasts zwischen den Interferenzmaxima und -minima erreicht. Der Kontrast ist dabei der Intensitätsunterschied zwischen Interferenzmaxima und -minima bei der Überlappung zweier Pulse. Für den idealen Fall (zeitliche Verzögerung ist gleich Null) soll gelten: Intensität_Maxima = 2 × Intensität_{Ausgangsstrahl} (vor dem Strahlteiler 1) und Intensität_Minima = 0.
Die erfindungsgemäße optische Anordnung lässt sich zur direkten Interferenzstruktuierung von Proben unterschiedlichsten Aufbaus (z. B. von Metallsubstraten, Kunststoffsubstraten oder auch Halbleitersubstraten) aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen (wie zum Beispiel der Solarindustrie, der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Optik oder der Sensorik) einsetzen. Darüber hinaus sind insbesondere auch im Bereich der Elektronik oder des Flugzeugbaus unterschiedlichste Strukturierungsanwendungen denkbar.
Eine erfindungsgemäße optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung umfasst einen bevorzugt halbdurchlässigen Strahlteiler, auf den ein Laserstrahl entlang einer optischen Hauptachse der Anordnung eingestrahlt werden kann und mit dem dieser Laserstrahl in einen durchgelassenen (transmittierten) Teilstrahl und einen umgelenkten (reflektierten) Teilstrahl aufgeteilt werden kann. Der reflektierte Teilstrahl wird dabei durch den Strahlteiler bevorzugt mit einem Winkel von 90° zur Hauptachse reflektiert bzw. umgelenkt. Die Anordnung umfasst darüber hinaus einen im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls angeordneten ersten Positionierspiegel und einen im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls angeordneten zweiten Positionierspiegel. Die beiden Positionierspiegel sind so angeordnet (3D Position im Raum) und ausgerichtet (3D Orientierung im Raum), dass sie die beiden Teilstrahlen auf einen gemeinsamen Zielpunkt (in dem dann das zu strukturierende Bauteil angeordnet werden kann) umlenken, also reflektieren. Die Anordnung und Ausrichtung geschieht dabei (wie nachfolgend noch anhand von Beispielen gezeigt) so, dass die optische Weglänge der beiden Teilstrahlen zwischen dem Strahlteiler und dem gemeinsamen Zielpunkt der beiden Teilstrahlen dieselbe ist.
Wie nachfolgend noch im Detail beschrieben, können im Strahlengang der beiden Teilstrahlen zwischen dem Strahlteiler und dem Zielpunkt weitere die Teilstrahlen umlenkende bzw. reflektierende optische Elemente, die als Umlenkspiegel bezeichnet werden, hinzutreten. Die beiden Positionierspiegel sind jedoch diejenigen Spiegel im Strahlengang, die die letzte Umlenkung der Teilstrahlen zum gemeinsamen Zielpunkt hin bewirken. In der Regel (dies muss jedoch nicht so sein), sind die Positionierspiegel ortsfest angeordnet, jedoch hinsichtlich derjenigen Oberfläche, die die Umlenkung der Teilstrahlen bewirkt, variabel (das heißt sie ermöglichen eine unterschiedliche Orientierung der Spiegelfläche im Raum). Im Gegensatz dazu (auch dies muss jedoch nicht so sein) sind die optional verwendeten weiteren Umlenkspiegel in der Regel sowohl ortsfest positioniert, als auch mit einer festen, nicht-variablen Orientierung ihrer Spiegelflächen im Raum versehen (festgelegte Orientierung der Spiegelfläche). Die Veränderung der Orientierung der Spiegelfläche der Positionierspiegel kann beispielsweise mit Hilfe einer entsprechenden Motorsteuerung realisiert sein. Die ortsfeste Positionierung der Positionierspiegel und/oder der Umlenkspiegel kann mit Hilfe einer ebenen Grundplatte, auf der die einzelnen Spiegel verschraubt werden können, realisiert werden.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Anordnung so ausgebildet, dass ein zu strukturierender Oberflächenabschnitt der zu strukturierenden Probe am Zielpunkt so positioniert werden kann (z. B. über eine Probenhalterung auf der Grundplatte), dass die Einfallswinkel der beiden Teilstrahlen dieselben sind: Die beiden Winkel zwischen der Flächennormale auf diesem Oberflächenabschnitt der Probe einerseits und dem mittels des jeweiligen Positionierspiegels auf diesen Oberflächenabschnitt eingestrahlten Teilstrahlabschnittes andererseits sind somit identisch (Θ_r = Θ_t, wobei hier „r” für den reflektierten bzw. vom Strahlteiler umgelenkten Teilstrahl und „t” für den vom Strahlteiler hindurch gelassenen bzw. transmittierten Teilstrahl steht).
In einer weiteren vorteilhaften Variante sind die beiden Positionierspiegel so angeordnet und ausgerichtet, dass für den transmittierten und den reflektierten Teilstrahl die optische Weglänge zwischen dem Strahlteiler und der Auftreffposition auf dem jeweiligen Positionierspiegel gleich lang ist und dass für den transmittierten und den reflektierten Teilstrahl die optische Weglänge zwischen dieser Auftreffposition und dem gemeinsamen Zielpunkt ebenfalls gleich lang ist.
Grundsätzlich muss dies jedoch nicht der Fall sein: So können die beiden Positionierspiegel auch so angeordnet werden, dass die Weglängen (im reflektierten und im transmittierten Teilstrahl) zwischen Strahlteiler und Positionierspiegel unterschiedlich lang sind, wobei dann diese unterschiedliche Länge durch entsprechende Weglängenunterschiede auf der Strecke zwischen dem jeweiligen Positionierspiegel und dem gemeinsamen Zielpunkt wieder ausgeglichen wird.
Hierbei muss dann ggf. auch die Probenorientierung und -positionierung im Raum so angepasst werden, dass auch die beiden Einfallswinkel Θ_r und Θ_t auf die zu strukturierende Probenoberfläche bei den beiden Teilstrahlen identisch sind.
Wie bereits angedeutet ist vorteilhafterweise im Strahlengang mindestens eines der Teilstrahlen zwischen dem Strahlteiler und dem Positionierspiegel mindestens ein den betreffenden Teilstrahl umlenkender Umlenkspiegel angeordnet. vorteilhafterweise ist sowohl im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls als auch in demjenigen des transmittierten Teilstrahls mindestens ein Umlenkspiegel zwischen Strahlteiler und Positionierspiegel vorhanden.
In einer weiteren vorteilhaften Variante sind der Strahlteiler sowie die Umlenkspiegel so angeordnet und ausgerichtet, dass für mehrere, bevorzugt für alle der Umlenkspiegel der Winkel zwischen dem jeweils einfallenden Teilstrahlenabschnitt (im reflektierten und/oder im transmittierten Teilstrahl) und der Normalen auf die Spiegelfläche (des Strahlteilers und/oder des betreffenden Umlenkspiegels) identisch ist. Bevorzugt ist die Anordnung darüber hinaus so gestaltet, dass dieser Winkel für mehrere, bevorzugt für alle Umlenkspiegel und bevorzugt auch für den Strahlteiler 45° beträgt.
In einer weiteren vorteilhaften erfindungsgemäßen Anordnung sind beide Teilstrahlen (also der reflektierte wie auch der transmittierte Teilstrahl) zwischen dem Strahlteiler und ihrem jeweiligen Positionierspiegel zumindest abschnittsweise, bevorzugt in einem Abschnitt vor ihrem Auftreffen auf den jeweiligen Positionierspiegel, parallel geführt. Ebenso ist es vorteilhaft, beide Teilstrahlen zwischen dem Strahlteiler und ihrem jeweiligen Positionierspiegel zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig in genau einer durch die beiden Teilstrahlen aufgespannten Ebene (die dann in der Regel parallel zu einer ebenen Grundplatte, auf der die einzelnen Spiegel befestigt sind, liegt) zu führen. Dabei ist es dann möglich, die Spiegelfläche der Positionierspiegel so im Raum zu orientieren, dass der gemeinsame Zielpunkt außerhalb dieser Ebene (z. B. oberhalb dieser Ebene auf der der Grundplatte gegenüberliegenden Seite) liegt. Ebenso ist es jedoch auch denkbar, die Positionierspiegel so anzuordnen und auszurichten, dass der gemeinsame Zielpunkt in dieser Ebene liegt.
Weitere spezifische Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich den abhängigen Ansprüchen 8 bis 10 entnehmen, wobei besonders vorteilhafte dieser erfindungsgemäßen Anordnungen, die jeweils alle in diesen Ansprüchen genannten Einzelmerkmale in Kombination miteinander verwirklichen, in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben sind.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Anordnung darüber hinaus mit dem den Laserstrahl erzeugenden Laser versehen (der auch auf der Grundplatte befestigt werden kann, um in fester räumlicher Beziehung zu den anderen optischen Elementen der Anordnung zu stehen). Hierbei kann insbesondere ein gepulster Laser mit einer Pulsdauer im Bereich zwischen 0.01 ns und 100 ns eingesetzt werden, der schließlich den Laserstrahl auf den Strahlteiler einstrahlt. Ebenso ist es jedoch denkbar, einen kontinuierlichen Laser einzusetzen. Vorteilhafte Lasertypen sind Festkörperlaser (Neodym-YAG; neodym-dotiertes Glas (Nd:Glas) und Ytterbium-dotierte Gläser und Keramiken), Argon-Ionen-Laser, Kupferdampflaser (Metalldampflaser) oder Ti-Saphir Laser mit Wellenlängen im Infrarot (z. B. 1064 und 800 nm), im Sichtbaren (z. B. 532 und 514,5 nm) oder im UV-Bereich (z. B. 355, 351 oder 266 nm).
Selbstverständlich können neben den bereits genannten optischen Elementen beliebige weitere optische Elemente im Strahlengang des Lasers vor dem Auftreffen auf den Strahlteiler (hier insbesondere Fokussierlinsen und/oder Blenden) oder auch im Teilstrahlengang des reflektierten und/oder des transmittierten Laserstrahls vorhanden sein (sofern letztere die Gleichheit der beiden optischen Weglängen nicht zerstören).
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße optische Anordnung anhand dreier Ausführungsbeispiele beschrieben.
Dabei zeigen:
1a und 1b eine erste erfindungsgemäße Anordnung in Aufsicht (1a) sowie in 3D-Ansicht (1b).
2 ein zweite erfindungsgemäße Anordnung in Aufsicht.
3 eine dritte erfindungsgemäße Anordnung in Aufsicht.
1a zeigt eine Aufsicht auf diejenige Ebene, die durch die Strahlengänge des transmittierten und des reflektierten Teilstrahls zwischen dem Strahlteiler und dem Auftreffort auf den jeweiligen Positionierspiegel des (transmittierten bzw. reflektierten) Teilstrahlengangs aufgespannt wird. Diese Ebene liegt parallel zu einer Grundplatte, an der die einzelnen optischen Elemente befestigt sind, die in 1a nicht gezeigt ist, vergleiche hierzu 1b.
Die optische Anordnung aus 1a, 1b umfasst einen gepulsten Nd:YAG-Laser 5, der einen gepulsten Laserstrahl l erzeugt und entlang der Hauptachsrichtung H der Anordnung (parallel zur Grundplatte 4, vergleiche 1b) abstrahlt. Zentriert auf der Hauptachse H ist im Laserstrahl 1 zunächst eine Linsen-Blenden-Kombination 6 ausgebildet, mit der der Laserstrahl 1 auf den halbdurchlässigen Strahlteiler 1 der Anordnung, der ebenfalls zentriert auf der optischen Hauptachse H angeordnet ist, eingekoppelt wird. Anstelle von 6 können Linsen auch nach 3t-2 und 3r ausgebildet sein, oder auch nach 1 (eine zwischen 1 und 3r, und die 2. zwischen 3t-1 und 3t-2); in beiden Fällen sind dann zwei Linsen notwendig.
Sämtliche nachfolgend noch beschriebenen optischen Bauteile sind auf der in 1b gezeigten Grundplatte aus Stahl 4 fest verschraubt, somit auf letzterer fest positioniert. Abgesehen von den beiden nachfolgend noch im Detail beschriebenen Positionierspiegeln 2r und 2t ist dabei auch die Orientierung sämtlicher optischer Elemente relativ zur Grundplatte (insbesondere, sofern vorhanden, ihrer den Laserstrahl umlenkenden Oberflächen oder Spiegelflächen) wie nachfolgend beschrieben fest, also unveränderlich vorgegeben.
Der halbdurchlässige Strahlteiler 1 ist relativ zur Hauptachse H so ausgerichtet, dass der Laserstrahl 1 unter einem Einfallswinkel von α₁ 45° auf die Oberfläche des halbdurchlässigen Strahlteilers einfällt. Durch diese Ausrichtung des Strahlteilers 1 wird der einfallende Laserstrahl 1 in einen transmittierten Teilstrahl t1 (der sich hinter dem Strahlteiler 1 zunächst entlang der Hauptachse H fortsetzt) und in einen unter einem Winkel von 90° zur Hauptachse und parallel zur Grundplatte 4 (1b) reflektierten Teilstrahl rl aufgeteilt.
Im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls rl ist in Strahlrichtung gesehen hinter dem Strahlteiler 1 im Abstand a von der Hauptachse H ein Umlenkspiegel 3r so angeordnet und ausgerichtet, dass der vom Strahlteiler 1 unter 90° von der Hauptachse H wegreflektierte Teilstrahlenabschnitt unter einem Winkel von α_3r = 45° auf die Oberfläche dieses Umlenkspiegels 3r einfällt. Der auf den Umlenkspiegel 3r einfallende Strahlabschnitt des reflektierten Teilstrahls rl wird somit um einen Winkel von 90° umgelenkt, verlässt den Umlenkspiegel 3r somit parallel zur Hauptachse H, jedoch im Abstand a davon. Der parallel zur Hauptachse H verlaufende, am Umlenkspiegel 3r umgelenkte Teilstrahlenabschnitt des reflektierten Teilstahls rl trifft schließich auf den zweiten Positionierspiegel 2r, der entlang der Hauptstrahlrichtung H gesehen beabstandet vom Umlenkspiegel 3r und ebenfalls im Abstand a von der Hauptachse H angeordnet ist.
Ebenso wie beim Strahlteiler 1 ist die umlenkende Fläche bzw. die Spiegelfläche beim Umlenkspiegel 3r senkrecht zur Oberfläche der Grundplatte 4 ausgerichtet (dies gilt ebenso für die weiteren nachfolgend noch beschriebenen Umlenkspiegel 3t-1 und 3t-2 im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls tl).
Im durch den Strahlteiler 1 transmittierten Teilstrahl tl ist beabstandet vom Strahlteiler 1 in Strahlrichtung entlang der Hauptstrahlachse H gesehen zentriert auf letzterer zunächst ein vorderer Umlenkspiegel 3t-1 angeordnet. Auch dieser Umlenkspiegel ist fest mit der Grundplatte 4 verschraubt, so dass sowohl seine Position als auch die Orientierung seiner Spiegelfläche im Raum unveränderlich ist. Die Spiegelfläche ist dabei so orientiert, dass der einfallende Strahlabschnitt des transmittierten Teilstrahls tl unter einem Winkel von 45° zur Spiegeloberfläche einfällt und unter einem Winkel von 90° zur Hauptstrahlachse H gesehen von letzterer in Richtung auf die den Spiegeln 3r, 2r im reflektierten Teilstrahl rl gegenüberliegende Seite der Hauptstrahlachse H wegreflektiert wird. Für den Einfallswinkel dieses Spiegels α_3t-1 gilt somit α_3t-1 = 45°.
Im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls tl nach dem vorderen Umlenkspiegel 3t-1 ist im Abstand a von der Hauptstrahlachse (auf der den beiden Spiegeln 3r, 2r gegenüberliegenden Seite der Hauptstrahlachse H) ein hinterer Umlenkspiegel 3t-2 angeordnet. Auch dieser Spiegel ist hinsichtlich seiner Positionierung und der Anordnung seiner Spiegelfläche im Raum (senkrecht zur Grundplatte 4) durch Verschrauben an der Grundplatte 4 unveränderlich. Die Orientierung der Spiegelfläche des Umlenkspiegels 3t-2 ist dabei so festgelegt, dass der am vorderen Umlenkspiegel 3t-1 reflektierte Strahlabschnitt des transmittierten Teilstrahls tl unter einem Winkel α_3t-2 = 45° auf den Umlenkspiegel 3t-2 einfällt, also unter 90° am Spiegel 3t-2 reflektiert wird und letzteren parallel zur Hauptstrahlrichtung H, jedoch im Abstand a von derselben verlässt, bevor er schließlich auf den (in Richtung der Hauptstrahlrichtung H gesehen) beabstandet vom hinteren Umlenkspiegel 3t-2 angeordneten ersten Positionierspiegel 2t im transmittierten Teilstrahlengang tl fällt.
Auch der erste Positionierspiegel 2t ist hinsichtlich seiner Positionierung im Raum durch Verschrauben an der Grundplatte 4 festgelegt, erlaubt jedoch (wie beim zweiten Positionierspiegel 2r durch eine hier nicht gezeigte Motorsteuerung) eine variable Orientierung der Spiegelfläche im Raum. Der erste Positionierspiegel ist (entlang der Hauptstrahlachse H gesehen) auf derselben Höhe wie der zweite Positionierspiegel 2r und ebenso wie dieser (jedoch auf der der Hauptstrahlachse H gegenüberliegenden Seite) im Abstand a von der Hauptstrahlachse H angeordnet.
In Strahlrichtung entlang der Hauptachse H gesehen folgen bei der gezeigten Anordnung somit zunächst der Laser 5, beabstandet davon die Laser-Blenden-Kombination 6, beabstandet davon (auf gleicher Höhe, jedoch seitlich versetzt zueinander) der Strahlteiler 1 sowie der Umlenkspiegel 3r des reflektierten Teilstrahls rl, beabstandet davon (auf gleicher Höhe, jedoch seitlich versetzt zueinander) die beiden Umlenkspiegel 3t-1 und 3t-2 im transmittierten Teilstrahlengang tl sowie beabstandet davon und auf gleicher Höhe (jedoch seitlich versetzt voneinander beidseits der Hauptachse H) die beiden Positionierspiegel 2r und 2t.
Anstelle der Kombination 6 können Blenden auch nach 3t-2 und 3r vorhanden sein, nach 1 (eine zwischen 1 und 3r, und die 2. zwischen 3t-1 und 3t-2), oder nach 2t und 2r (in allen Fällen sind dann zwei Blenden notwendig).
Die beiden hinsichtlich der Orientierung ihrer Spiegelfläche im Raum variablen Positionierspiegel 2r und 2t sind nun (in Bezug auf die Hauptachse H gesehen) spiegelsymmetrisch so orientiert, dass die parallel zur Hauptachse H auf die Positionierspiegel 2r, 2t einfallenden Teilstrahlenabschnitte rl und tl unter identischen Winkeln β_r = β_t hin zu einer senkrecht auf der Grundplatte stehenden, die Hauptachse H umfassenden Ebene umgelenkt bzw. reflektiert werden (reflektierte Strahlabschnitte rla im reflektierten Teilstrahl rl und tla im transmittierten Teilstrahl tl). Die Spiegelflächen der Positionierspiegel 2r und 2t sind dabei, wie in 1b gezeigt, so orientiert, dass die Teilstrahlenabschnitte rla und tla aus der von den transmittierten Teilstrahlenabschnitten tl zwischen Strahlteiler 1 und Positionierspiegel 2t und den reflektierten Teilstrahlenabschnitten rl zwischen Strahlteiler 1 und Positionierspiegel 2r aufgespannten, parallel zur Oberfläche der Grundplatte 4 verlaufenden Ebene auf einen oberhalb dieser Ebene (also auf der der Grundplatte gegenüberliegenden Seite dieser Ebene) liegenden gemeinsamen Zielpunkt Z herausreflektiert werden. Wie 1a in Aufsicht andeutet, schneidet dabei die von der Grundplatte ausgehende Oberflächennormale durch den gemeinsamen Zielpunkt Z die Hauptachse H.
Durch einen hier nicht gezeigten (eine variable Orientierung der zu strukturierenden Probe P im Raum ermöglichenden), auf der Grundplatte befestigten Probenhalter kann die zu strukturierende Oberfläche der Probe P im Zielpunkt Z angeordnet und so orientiert werden, dass die Einfallswinkel der beiden an den Positionierspiegeln 2t, 2r reflektierten Teilstrahlenabschnitte rla und tla auf diese Probenoberfläche gleich sind. Es gilt somit Θ_r (Einfallswinkel des reflektierten Teilstrahls rl auf die zu strukturierende Probenoberfläche) = Θ_t (entsprechender Einfallswinkel im transmittierten Teilstrahl tl).
Aufgrund der vorbeschriebenen symmetrischen Ausrichtung der beiden Positionierspiegel 2r und 2t zur Ebene senkrecht zur Grundplatt 4 und durch die Hauptstrahlachse H gilt dabei für die Weglängen rla = tla. Aufgrund der vorbeschriebenen Anordnung der Umlenkspiegel 3r, 3t-1 und 3t-2, der beiden Positionierspiegel 2r und 2t sowie des Strahlteilers 1 sind darüber hinaus auch die Weglängen zwischen Strahlteiler 1 und Positionierspiegel 2t im transmittierten Teilstrahl tl und zwischen Strahlteiler 1 und Positionierspiegel 2r im reflektierten Teilstrahl rl identisch. Somit ist sichergestellt, dass für beide Teilstrahlen die Weglängen bis zum Auftreffen der Strahlpulse des Laserstrahls 1 auf der Probenoberfläche P identisch sind.
Das Bezugszeichen N bezeichnet hier die Oberflächennormale N auf die zu strukturierende Oberfläche der Probe P (zwischen dieser und den einfallenden Teilstrahlen werden die Winkel Θ_r und Θ_t gemessen).
1b zeigt die konkrete Konstruktion der optischen Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels sowie die Befestigung sämtlicher vorbeschriebener optischer Elemente an der Grundplatte 4. Gut zu sehen ist der Strahlenverlauf der Teilstrahlenabschnitte im reflektierten wie im transmittierten Teilstrahl im Bereich zwischen dem Strahlteiler 1 und dem Auftreffen auf die Spiegelfläche der beiden Positionierspiegel 2r und 2t in einer Ebene parallel zur Grundplatte 4, bevor beide Teilstrahlen schließlich durch diese Positionierspiegel zum gemeinsamen Zielpunkt Z oberhalb dieser Ebene gelenkt werden. Durch symmetrisch erfolgende Variation der Orientierung der Spiegelfläche der beiden Positionierspiegel 2r, 2t während der Bearbeitung (mittels der Motorsteuerung) bzw. der beiden Umlenkwinkel β_r und β_t kann der gemeinsame Zielpunkt Z entlang einer Geraden im Raum verfahren werden, so dass eine entsprechende Längsstrukturierung der geeignet gehaltenen Probe P erfolgen kann.
Wie 1b zeigt, sind im transmittierten Strahlengang tl zwischen dem hinteren Umlenkspiegel 3t-2 und dem Positionierspiegel 2t und im reflektierten Strahlengang rl zwischen dem Umlenkspiegel 3r und dem Positionierspiegel 2r jeweils eine Fokussierlinse 7 und eine Blende 8 angeordnet. Die Verwendung der Fokussierlinsen 7t und 7r ist optional. Die optischen Blenden 8t und 8r sind Blenden, die vorrangig der Justage der Teilstrahlen dienen, um deren Parallelität (z. B. zur Grundplatte) zu gewährleisten. Soweit diese für die Bearbeitung nicht benötigt werden, können sie entfernt werden.
1a und 1b zeigen einen erfindungsgemäßen Interferenzaufbau eines optischen Systems, der hier einen Strahlteiler, zwei (variable) Positionierspiegel und vier (starre) Umlenkspiegel umfasst. Die Abstände zwischen 1 und 3r sowie 3t-1 und 3t-2 (1a) sind von der gewünschten Periode der Interferenzstruktur abhängig. Der einfallende Laserstrahl 1 wird über die Linsen-Blenden-Kombination (hier kann auch lediglich eine Linse oder eine Blende eingesetzt werden) in den Aufbau eingekoppelt, trifft auf den halbdurchlässigen Strahlteiler 1 und wird in die beiden Teilstrahlen t1 und rl aufgetrennt (Reflexionswinkel 45° am Strahlteiler). Der transmittierte tl und der reflektierte rl Teil der Strahlung werden auf die Umlenkspiegel 3r, 3t-1 und 3t-2 gelenkt, die jeweils unter einem Winkel von 45° relativ zur Hauptstrahlrichtung H fest auf der Grundplatte 4 montiert sind. Die beiden parallel zur Oberfläche der Grundplatte 4 und zur Hauptachse H und parallel zueinander verlaufenden Abschnitte im transmittierten und im reflektierten Strahlengang werden schließlich über die beiden Positionierspiegel 2r, 2t zur Probe P geführt, wo sie unter gleichen Einfallswinkeln Θ_r = Θ_t relativ zur Oberflächennormalen N interferieren.
Durch die gezeigten Positionierungen und Orientierungen der einzelnen optischen Elemente lassen sich somit gleiche Weglängen für beide Teilstrahlen realisieren. Es werden somit die Strahlen an den Umlenkspiegeln und am Strahlteiler immer um 45° reflektiert. Hierdurch ergibt sich jeweils ein Weg, der für beide Teilstrahlen gleich groß ist. Die beiden Positionierspiegel werden dann dazu genutzt, um die Teilstrahlen exakt auf die zu bearbeitende Probe zu justieren, wodurch schließlich auch Θ_t = Θ_r erreicht wird und Unsymmetrien und Inhomogenitäten in der Interferenzstruktur am Objekt vermieden können.
2 zeigt ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, das grundsätzlich wie im in 1a, 1b gezeigten Fall aufgebaut ist, so dass nachfolgend lediglich die Unterschiede beschrieben werden.
Im in 2 gezeigten Fall wurde der hintere Umlenkspiegel 3t-2 im transmittierten Strahlteil weggelassen, so dass sowohl im reflektierten rl, als auch um transmittierten tl Teilstrahlengang jeweils genau ein (starrer) Umlenkspiegel 3r bzw. 3t vorhanden ist. Der Umlenkspiegel 3t im transmittierten Teilstrahlengang tl wird dabei ebenso ausgerichtet und positioniert, wie der vordere Umlenkspiegel 3t-1 im ersten Ausführungsbeispiel (Einfallswinkel α_3t = 450).
Im gezeigten Fall sind die Elemente 5, 6, 1 und 3r genauso ausgebildet, angeordnet und orientiert wie im ersten Ausführungsbeispiel. Entlang der Hauptstrahlrichtung H gesehen beabstandet von den seitlich versetzt zueinander angeordneten Elementen 1 und 3r sind im vorliegenden Fall jedoch die beiden Positionierspiegel 2r und 2t auf derselben Höhe wie der einzige Umlenkspiegel 3t des transmittierten Teilstrahlengangs positioniert. Der Umlenkspiegel 3t ist dabei auf der Hauptstrahlachse H zentriert positioniert, während die beiden Positionierspiegel 2r und 2t wie im in 1a, 1b gezeigten Fall beidseits der Hauptstrahlachse H im Abstand a von derselben positioniert sind.
Im vorliegenden Fall von 2 erfolgt dann keine symmetrische Orientierung der beiden Positionierspiegel 2r und 2t zu der durch die Hauptstrahlachse H hindurchgehenden, senkrecht zur Grundplatte 4 (hier nicht gezeigt) ausgerichteten Ebene. Es gilt also hier β_r ≠ β_t, wobei die Orientierung der beiden Positionierspiegel 2r, 2t so erfolgt, dass wiederum die Weglängen vom Auftreffort der beiden Teilstrahlen auf ihrem jeweiligen Positionierspiegel bis hin zum Auftreffort im Zielpunkt Z auf der Probenoberfläche P gleich lang sind (wobei die Probe P wieder so orientiert ist, dass Θ_r = Θ_t gilt). Der Winkel β_t ist somit hier ein spitzer Winkel, wohingegen der Winkel β_r ein stumpfer Winkel ist.
Da nicht nur die Weglängen rla und tla zwischen Positionierspiegel und Probe identisch sind, sondern auch die Weglängen zwischen dem Strahlteiler 1 und dem Auftreffort auf den jeweiligen Positionierspiegel (über die beiden Umlenkspiegel 3r und 3t), ist somit wie im in 1a, 1b gezeigten Fall die optische Weglänge der beiden Teilstrahlen rl und tl identisch.
3 zeigt schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel, das grundsätzlich ebenso wie das in 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel realisiert ist, so dass nachfolgend wiederum lediglich die Unterschiede zum in 2 gezeigten Fall beschrieben werden (die Anordnung der Elemente 5, 6 und 1 zentriert auf der Hauptstrahlachse H erfolgt wie in 2).
Die in 3 gezeigte Anordnung benötigt nun lediglich die beiden (variablen) Positionierspiegel 2r und 2t, jedoch keine zusätzlichen (starren) Umlenkspiegel. Der erste Positionierspiegel 2t im transmittierten Teilstrahlengang tl ist zentriert auf der Hauptstrahlachse H beabstandet vom Strahlteiler 1 angeordnet (anstelle des Umlenkspiegels 3t in 2). Im selben Abstand vom Strahlteiler 1 ist seitlich beabstandet von der Hauptstrahlachse H der zweite Positionierspiegel 2r des reflektierten Teilstrahlengangs rl angeordnet (an der Position des Umlenkspiegels 3r in 2).
Die beiden Positionierspiegel 2r und 2t (bzw. deren reflektierende Oberflächen) werden nun so im Raum orientiert und die Probe P wird durch die nicht gezeigte Probenhalterung so positioniert und orientiert, dass nicht nur die Wegstrecken zwischen Strahlteiler 1 und erstem Positionierspiegel 2t (entlang der Hauptachse H) und zwischen Strahlteiler 1 und zweitem Positionierspiegel 2r (senkrecht zur Hauptachse H) identisch sind, sondern auch die Wegstrecken tla zwischen erstem Positionierspiegel 2t und gemeinsamem Zielpunkt Z im transmittierten Teilstrahl und rla zwischen zweitem Positionierspiegel 2r und gemeinsamem Zielpunkt Z im reflektierten Teilstrahl. (Auch hier lenken die beiden Positionierspiegel 2t und 2r die jeweiligen Teilstrahlen aus der durch die Strahlabschnitte rl und tl zwischen dem Strahlteiler und dem jeweiligen Positionierspiegel aufgespannten Ebene heraus auf den oberhalb dieser Ebene liegenden gemeinsamen Zielpunkt Z.)
Durch die beiden identischen Wegstreckenabschnitte rl und tl einerseits und rla und tla andererseits sowie die geeignete Orientierung von Probe P und Spiegelflächen 2r, 2t wird somit nicht nur Θ_r = Θ_t sichergestellt, sondern auch eine identische optische Weglänge beider Teilstrahlen.
Im gezeigten Fall sind die Streckenabschnitte zwischen Strahlteiler 1 und Positionierspiegel 2t, 2r jeweils identisch, dies muss jedoch nicht der Fall sein: Werden diesbezüglich unterschiedliche Streckenlängen gewählt, so ermöglicht eine geeignete Positionierung der Probe P im Raum mittels einer hier nicht gezeigten Probenhalterung dergestalt, dass die unterschiedlichen Längen der ersten Streckenabschnitte vor den Spiegeln durch entsprechend unterschiedliche Längen der zweiten Streckenabschnitte tla bzw. rla nach den Spiegeln wieder ausgeglichen werden, ebenso insgesamt identische optische Weglängen beim transmittierten und beim reflektierten Teilstrahl. (Bei geeigneter Orientierung der Elemente 2r, 2t und P im Raum kann hierbei zusätzlich ebenso die Bedingung Θ_r = Θ_t aufrechterhalten werden.)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6549309 B1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

A. Lasagni, P. Shao, J. Hendricks, C. M. Shaw, D. Martin and S. Das „Direct fabrication of periodic Patterns with hierarchical sub-wavelength structures an poly(3,4-ethylene dioxythiopene)poly(styrene sulfonate) thin films using femtosecond laser interferene patterning, Applied Surface Science 256 (2010) 1708–1713 [0003]

Claims

Optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe (P) mit einem Strahlteiler (1), auf den ein Laserstrahl (1) entlang einer optischen Hauptachse (H) der Anordnung einstrahlbar ist und mit dem dieser eingestrahlte Laserstrahl (1) in einen transmittierten Teilstrahl (tl) und einen reflektierten Teilstrahl (rl) aufteilbar ist, wobei der reflektierte Teilstrahl bevorzugt mit einem Winkel von 90° zur Hauptachse (H) reflektierbar ist, sowie einem im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) angeordneten ersten Positionierspiegel (2t) und einem im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) angeordneten zweiten Positionierspiegel (2r), wobei die beiden Positionierspiegel (2t, 2r) zum Reflektieren der beiden Teilstrahlen (tl, rl) auf einen gemeinsamen Zielpunkt (Z) und so angeordnet und ausgerichtet sind, dass die optische Weglänge der beiden Teilstrahlen (tl, rl) zwischen dem Strahlteiler (1) und dem gemeinsamen Zielpunkt (Z) dieselbe ist.
Optische Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass ein zu strukturierender Oberflächenabschnitt der Probe (P) am Zielpunkt (Z) so positionierbar ist, bevorzugt mittels einer Positioniereinheit wie beispielsweise einer Probenhalterung so positionierbar ist, dass die beiden Winkel (θ_r, θ_t) zwischen der Flächennormale (N) auf diesem Oberflächenabschnitt einerseits und dem mittels des jeweiligen Positionierspiegels (2t, 2r) auf diesen Oberflächenabschnitt eingestrahlten Teilstrahlabschnittes (tla, rla) andererseits identisch sind (θ_r = θ_t).
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Positionierspiegel (2t, 2r) so angeordnet und ausgerichtet sind, dass für beide Teilstrahlen (tl, rl) die optische Weglänge zwischen dem Strahlteiler (1) und der Auftreffposition auf dem jeweiligen Positionierspiegel gleich lang ist und dass für beide Teilstrahlen (tl, rl) die optische Weglänge (tla, rla) zwischen der Auftreffposition auf dem jeweiligen Positionierspiegel und dem gemeinsamen Zielpunkt (Z) gleich lang ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang mindestens eines der Teilstrahlen (tl, rl) zwischen Strahlteiler (1) und Positionierspiegel (2t, 2r) mindestens ein den Teilstrahl durch Reflexion umlenkender Umlenkspiegel (3t, 3r) angeordnet ist, wobei bevorzugt sowohl im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) als auch im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) jeweils mindestens ein solcher Umlenkspiegel angeordnet ist.
Optische Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (1) und die Umlenkspiegel (3t, 3r) so angeordnet und ausgerichtet sind, dass für mindestens zwei, bevorzugt für alle Umlenkspiegel (3t, 3r) der Winkel zwischen dem jeweils einfallenden Teilstrahlenabschnitt und der Normalen auf die Spiegelfläche identisch ist, bevorzugt darüber hinaus für mindestens zwei, bevorzugt für alle Umlenkspiegel (3t, 3r) und bevorzugt auch für den Strahlteiler (1) 45° beträgt.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden dadurch gekennzeichnet, dass beide Teilstrahlen (tl, rl) zwischen dem Strahlteiler (1) und ihrem jeweiligen Positionierspiegel (2t, 2r) zumindest abschnittsweise, bevorzugt in einem Abschnitt vor dem Auftreffen auf den jeweiligen Positionierspiegel (2t, 2r), parallel führbar oder geführt sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden dadurch gekennzeichnet, dass beide Teilstrahlen (tl, rl) zwischen dem Strahlteiler (1) und ihrem jeweiligen Positionierspiegel (2t, 2r) zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, in genau einer durch die beiden Teilstrahlen (tl, rl) aufgespannten Ebene führbar oder geführt sind, bevor sie entweder durch die beiden Positionierspiegel (2t, 2r) auf den nicht in dieser Ebene liegenden Zielpunkt (Z) reflektierbar sind oder auf den ebenfalls in dieser Ebene liegenden Zielpunkt (Z) reflektierbar sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) zwischen dem Strahlteiler (1) und dem ersten Positionierspiegel (2t) genau zwei Umlenkspiegel (3t-1, 3t-2) und im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) zwischen dem Strahlteiler (1) und dem zweiten Positionierspiegel (2r) genau ein Umlenkspiegel (3r) angeordnet und ausgerichtet sind/ist, wobei bevorzugt mindestens eines, mehrere oder alle der nachfolgenden Merkmale realisiert ist/sind: • Der in Strahlrichtung gesehen vordere (3t-1) der beiden Umlenkspiegel im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (t1) ist auf der optischen Hauptachse (H) positioniert. • Der in Strahlrichtung gesehen hintere (3t-2) der beiden Umlenkspiegel im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) und der Umlenkspiegel (3r) im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) sind beidseits der Hauptachse (H) mit identischem Abstand (a) von der Hauptachse (H) positioniert. • Die Teilstrahlenabschnitte zwischen dem hinteren (3t-2) Umlenkspiegel und dem ersten Positionierspiegel (2t) im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) einerseits und zwischen dem Umlenkspiegel (3r) und dem zweiten Positionierspiegel (2r) im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) andererseits verlaufen parallel zueinander und beidseits der Hauptachse (H) parallel zu dieser und mit identischem Abstand (a) von dieser. • Für alle drei Umlenkspiegel (3t-1, 3t-2, 3r) ist der Winkel zwischen dem einfallenden Teilstrahlenabschnitt und der Normalen auf die Spiegelfläche identisch und beträgt 45°. • Der Umlenkspiegel (3r) des reflektierten Teilstrahls (rl), der hintere (3t-2) der beiden Umlenkspiegel im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) und die beiden Positionierspiegel (2r, 2t) haben, bezogen auf den Auftreffort der Strahlung gesehen, denselben Abstand (a) von der Hauptachse (H). • In Strahlrichtung entlang der Hauptachse (H) gesehen sind zunächst auf der Hauptachse (H) der Strahlteiler (1) und auf derselben Höhe seitlich versetzt von der Hauptachse (H) auf einer ersten Seite derselben der Umlenkspiegel (3r) des reflektierten Teilstrahls (rl) positioniert, bevor dann beabstandet davon auf der Hauptachse (H) der vordere Umlenkspiegel (3t-1) und auf derselben Höhe seitlich versetzt von der Hauptachse (H) auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der Hauptachse (H) der hintere Umlenkspiegel (3t-2) positioniert sind und schließlich beabstandet davon seitlich versetzt zur Hauptachse (H) auf der ersten Seite der zweite Positionierspiegel (2r) und auf der zweiten Seite auf derselben Höhe der erste Positionierspiegel (2t) positioniert sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) zwischen dem Strahlteiler (1) und dem ersten Positionierspiegel (2t) genau ein Umlenkspiegel (3t) und im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) zwischen dem Strahlteiler (1) und dem zweiten Positionierspiegel (2r) genau ein Umlenkspiegel (3r) angeordnet und ausgerichtet ist, wobei bevorzugt mindestens eines, mehrere oder alle der nachfolgenden Merkmale realisiert ist/sind: • Der Umlenkspiegel (3t) im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) ist auf der optischen Hauptachse (H) positioniert. • Der Umlenkspiegel (3r) im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) ist seitlich versetzt von der Hauptachse (H) auf einer ersten Seite derselben positioniert. • Die Teilstrahlenabschnitte zwischen dem Strahlteiler (1) und dem Umlenkspiegel (3r) im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) einerseits und zwischen dem Umlenkspiegel (3t) und dem ersten Positionierspiegel (2t) im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) andererseits verlaufen parallel zueinander und senkrecht zur Hauptachse (H). • Für beide Umlenkspiegel (3t, 3r) ist der Winkel zwischen dem einfallenden Teilstrahlenabschnitt und der Normalen auf die Spiegelfläche identisch und beträgt 45°. • Der Umlenkspiegel (3r) des reflektierten Teilstrahls (rl) und die beiden Positionierspiegel (2r, 2t) haben, bezogen auf den Auftreffort der Strahlung gesehen, denselben Abstand (a) von der Hauptachse (H). • In Strahlrichtung entlang der Hauptachse (H) gesehen sind zunächst auf der Hauptachse (H) der Strahlteiler (1) und auf derselben Höhe seitlich versetzt von der Hauptachse (H) auf einer ersten Seite derselben der Umlenkspiegel (3r) des reflektierten Teilstrahls (rl) positioniert, bevor dann beabstandet davon und auf derselben Höhe auf der Hauptachse (H) der Umlenkspiegel (3t) des transmittierten Teilstrahls (tl), seitlich versetzt von der Hauptachse (H) auf der ersten Seite derselben der zweite Positionierspiegel (2r) und seitlich versetzt von der Hauptachse (H) auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der Hauptachse (H) der erste Positionierspiegel (2t) positioniert sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass weder im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) zwischen dem Strahlteiler (1) und dem ersten Positionierspiegel (2t), noch im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) zwischen dem Strahlteiler (1) und dem zweiten Positionierspiegel (2r) Umlenkspiegel vorhanden sind, wobei bevorzugt mindestens eines, mehrere oder alle der nachfolgenden Merkmale realisiert ist/sind: • Der erste Positionierspiegel (2t) ist auf der optischen Hauptachse (H) positioniert. • Der zweite Positionierspiegel (2r) ist beabstandet von der Hauptachse (H) positioniert. • Die beiden Positionierspiegel (2r, 2t) haben, bezogen auf den Auftreffort der Strahlung gesehen, denselben Abstand vom Strahlteiler (1). • In Strahlrichtung entlang der Hauptachse (H) gesehen sind zunächst auf der Hauptachse (H) der Strahlteiler (1) und auf derselben Höhe seitlich versetzt von der Hauptachse (H) auf einer ersten Seite derselben der Positionierspiegel (2r) des reflektierten Teilstrahls (rl) positioniert, bevor dann beabstandet davon und auf der Hauptachse (H) der Positionierspiegel (2t) des transmittierten Teilstrahls (tl) positioniert ist.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierspiegel (2r, 2t) an ortsfester Position, jedoch mit beweglichen, beispielsweise mit Hilfe von Motoren auf unterschiedliche Orientierungen im Raum einstellbaren Spiegelflächen angeordnet sind, bevorzugt auf einer Grundplatte (4) angeordnet sind, und/oder dass einer der, bevorzugt mehrere der, bevorzugt alle der Umlenkspiegel an ortsfester Position und mit festgelegter Orientierung seiner/ihrer Spiegelflächen) im Raum angeordnet ist/sind, bevorzugt auf der Grundplatte (4) angeordnet ist/sind.
Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden gekennzeichnet durch einen Laser (5), insbesondere einen gepulsten Laser mit einer Pulsdauer im Bereich zwischen 0.001 ns und 1000 ns, der zum Einstrahlen des Laserstrahls (1) auf den Strahlteiler (1) angeordnet ist und/oder eine im Laserstrahl (1) vor dem Strahlteiler (1) angeordnete Linse (6) und/oder Blende, mit der/denen der einfallende Laserstrahl (1) auf dem Strahlteiler (1) einkoppelbar ist und/oder dadurch, dass die Probe (P) am Zielpunkt angeordnet ist oder angeordnet werden kann.
Verfahren zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe (P), bevorzugt mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einen Strahlteiler (1) ein Laserstrahl (1) entlang einer optischen Hauptachse (H) eingestrahlt wird und mit dem Strahlteiler (1) dieser eingestrahlte Laserstrahl (1) in einen transmittierten Teilstrahl (tl) und einen reflektierten Teilstrahl (rl) aufgeteilt wird, wobei der reflektierte Teilstrahl bevorzugt mit einem Winkel von 90° zur Hauptachse (H) reflektiert wird, wobei im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) ein erster Positionierspiegel (2t) angeordnet wird und im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) ein zweiter Positionierspiegel (2r) angeordnet wird, und wobei die beiden Positionierspiegel (2t, 2r) zum Reflektieren der beiden Teilstrahlen (tl, rl) auf einen gemeinsamen Zielpunkt (Z) und so angeordnet und ausgerichtet werden, dass die optische Weglänge der beiden Teilstrahlen (tl, rl) zwischen dem Strahlteiler (1) und dem gemeinsamen Zielpunkt (Z) dieselbe ist.