DE102012208906A1 - Diffraction grating for use in spectral sensing unit, has two partial lattices that are arranged with different spectral diffraction efficiencies, where lattices are arranged in direction that is arranged next to another direction - Google Patents

Diffraction grating for use in spectral sensing unit, has two partial lattices that are arranged with different spectral diffraction efficiencies, where lattices are arranged in direction that is arranged next to another direction Download PDF

Info

Publication number
DE102012208906A1
DE102012208906A1 DE201210208906 DE102012208906A DE102012208906A1 DE 102012208906 A1 DE102012208906 A1 DE 102012208906A1 DE 201210208906 DE201210208906 DE 201210208906 DE 102012208906 A DE102012208906 A DE 102012208906A DE 102012208906 A1 DE102012208906 A1 DE 102012208906A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
diffraction grating
diffraction
spectral
lattices
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE201210208906
Other languages
German (de)
Inventor
Matthias Burkhardt
Lars Erdmann
Torsten Diehl
Jens Hofmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Microscopy GmbH
Jenoptik AG
Original Assignee
Carl Zeiss Jena GmbH
Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Jena GmbH, Carl Zeiss Microscopy GmbH filed Critical Carl Zeiss Jena GmbH
Priority to DE201210208906 priority Critical patent/DE102012208906A1/en
Publication of DE102012208906A1 publication Critical patent/DE102012208906A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1861Reflection gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

The grating (2) has a planar substrate (8) comprising a surface (9), and a diffraction grating structure (5) is formed on the surface of the substrate. Two partial lattices are arranged with different spectral diffraction efficiencies. The partial lattices are arranged next to each other in one direction. The partial lattices are arranged in another direction that is arranged next to the former direction. The surface is formed in a non-planar manner. The structure of the diffraction grating and/or the substrate are provided with illustrating effect. An independent claim is also included for a spectral sensing unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein abbildendes Beugungsgitter mit hoher spektraler Beugungseffizienz. The present invention relates to an imaging diffraction grating with high spectral diffraction efficiency.

Abbildende Beugungsgitter werden beispielsweise für die spektrale Zerlegung von Licht in einem Spektrometer verwendet. Häufig werden die Beugungsgitter mit einem Blaze-Profil ausgebildet, um für eine bestimmte Wellenlänge eine möglichst hohe Beugungseffizienz bereitzustellen. Jedoch fällt bei einem solchen Blaze-Gitter die Beugungseffizienz mit wachsendem spektralem Abstand zur optimalen Wellenlänge (Blaze-Wellenlänge) deutlich ab, was z.B. nachteilig zu einem starken Abfall des Signal-Rausch-Verhältnisses an den Rändern des adressierbaren Spektralbereiches führt. For example, imaging diffraction gratings are used for the spectral decomposition of light in a spectrometer. Frequently, the diffraction gratings are formed with a blaze profile to provide the highest possible diffraction efficiency for a given wavelength. However, in such a blazed grating, the diffraction efficiency drops sharply with increasing spectral distance to the optimum wavelength (blaze wavelength), e.g. disadvantageously leads to a sharp drop in the signal-to-noise ratio at the edges of the addressable spectral range.

Aus der DE 10 2009 029 324 A1 ist ein nicht-abbildendes Beugungsgitter mit einem erweiterten Spektralbereich mit hoher Beugungseffizienz bekannt, wobei auf einem ersten Teilgitter zumindest ein zweites Teilgitter ausgebildet ist. Jedoch ist ein derartiges Beugungsgitter technologisch schwierig herzustellen und wird daher auch lediglich auf ebenen Substraten hergestellt. From the DE 10 2009 029 324 A1 is a non-imaging diffraction grating with an extended spectral range with high diffraction efficiency known, wherein on a first sub-grating at least a second sub-grating is formed. However, such a diffraction grating is technologically difficult to produce and therefore is only produced on flat substrates.

Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein abbildendes Beugungsgitter bereitzustellen, das eine erhöhte spektrale Beugungseffizienz aufweist und leicht herstellbar ist. Proceeding from this, it is therefore an object of the invention to provide an imaging diffraction grating which has an increased spectral diffraction efficiency and is easy to produce.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein abbildendes Beugungsgitter, das ein eine Oberfläche aufweisendes Substrat und eine auf und/oder in der Oberfläche des Substrates gebildete Beugungsgitterstruktur aufweist, die abschnittsweise in zumindest zwei Teilgitter mit unterschiedlichen spektralen Beugungseffizienzen aufgeteilt ist, wobei die zumindest zwei Teilgitter in einer ersten Richtung abwechselnd mehrfach nebeneinander angeordnet sind und/oder sowohl in der ersten Richtung als auch in einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind. According to the invention, the object is achieved by an imaging diffraction grating which has a surface having a substrate and a diffraction grating structure formed on and / or in the surface of the substrate, which is partially divided into at least two sublattices with different spectral diffraction efficiencies, wherein the at least two sublattices in a first direction are arranged alternately several times side by side and / or are arranged side by side both in the first direction and in a second direction.

Ein solches abbildendes Beugungsgitter kann leicht hergestellt werden, da z.B. herkömmliche lithographische Strukturierungsverfahren eingesetzt werden können und die beiden Teilgitter z.B. dadurch verschieden ausgebildet werden können, daß man die Furchentiefe unterschiedlich groß ausbildet. Such an imaging diffraction grating can be easily manufactured since e.g. conventional lithographic patterning techniques can be used and the two sublattices e.g. can be formed differently by forming the groove depth varies in size.

Des weiteren weist das erfindungsgemäße abbildende Beugungsgitter ein verbessertes Singal-Rausch-Verhältnis für einen großen Wellenlängenbereich auf und ist für hohe numerische Aperturen geeignet, so daß ein großer Einsatzbereich für das erfindungsgemäße abbildende Beugungsgitter offensteht. Furthermore, the inventive imaging diffraction grating has an improved S / N ratio for a large wavelength range and is suitable for high numerical apertures, so that a wide range of applications for the imaging diffraction grating according to the invention is open.

Bei dem erfindungsgemäßen Beugungsgitter kann die Oberfläche nicht-eben ausgebildet sein. Insbesondere kann die Oberfläche gekrümmt sein. Bevorzugt ist sie sphärisch gekrümmt. In the diffraction grating according to the invention, the surface may not be formed flat. In particular, the surface may be curved. Preferably, it is spherically curved.

Die abbildende Wirkung des erfindungsgemäßen Beugungsgitters kann durch die Beugungsgitterstruktur und/oder das Substrat (beispielsweise die Oberfläche) bereitgestellt sein. The imaging effect of the diffraction grating according to the invention can be provided by the diffraction grating structure and / or the substrate (for example the surface).

Die abschnittsweise Aufteilung der Beugungsgitterstruktur kann streifen- oder kachelförmig sein. So können z.B. drei, vier oder mehr Streifen vorgesehen sein. Ferner kann die abschnittsweise Aufteilung ohne Lücken vorliegen. The segmental division of the diffraction grating structure may be striped or tiled. Thus, e.g. three, four or more strips can be provided. Furthermore, the sections can be split without gaps.

Die zumindest zwei Teilgitter können sich in ihrer geometrischen Ausbildung unterscheiden. Bevorzugt unterscheiden sie sich in der Furchen- bzw. Rillentiefe. The at least two sublattices may differ in their geometric design. Preferably, they differ in the furrow or groove depth.

Die zumindest zwei Teilgitter sind bevorzugt Beugungsgitter des selben Typs. Es kann sich z.B. um Blaze-Gitter, sinusförmige Gitter oder auch Binär-Gitter handeln. The at least two partial gratings are preferably diffraction gratings of the same type. It can be e.g. to act on blazed grids, sinusoidal grids or even binary grids.

Das abbildende Beugungsgitter kann drei, vier oder mehr Teilgitter aufweisen. The imaging diffraction grating may have three, four or more sublattices.

Bei der ersten Richtung kann es sich beispielsweise um eine Richtung eines Koordinatensystems handeln. So kann diese Richtung sich linear erstrecken, eine radiale Richtung sein oder auch eine Richtung in Umfangsrichtung eines Kreises. So könnten die zumindest zwei Teilgitter tortenförmig nebeneinander angeordnet sein. Auch ist eine Anordnung in Form von konzentrischen Kreisen, Ringen oder sonstigen geschlossenen Formen (wie z.B. Dreieck, Viereck oder sonstiges Polygon) möglich. The first direction may, for example, be a direction of a coordinate system. Thus, this direction can extend linearly, be a radial direction or even a direction in the circumferential direction of a circle. Thus, the at least two sub-grids could be arranged like a cake next to each other. Also, an arrangement in the form of concentric circles, rings or other closed forms (such as triangle, quadrilateral or other polygon) is possible.

Unter dem Merkmal, daß die zumindest zwei Teilgitter in einer ersten Richtung abwechselnd mehrfach nebeneinander angeordnet sind, wird hier insbesondere verstanden, daß zumindest eines der Teilgitter in zwei Abschnitten (z.B. Streifen) angeordnet ist und das andere Teilgitter dazwischen angeordnet ist. Natürlich ist es auch möglich, daß die zumindest zwei Teilgitter in mehreren Abschnitten angeordnet sind. Wenn man die zwei Teilgitter mit A und B bezeichnet, können sie somit in der ersten Richtung in die Reihenfolge ABA, ABAB, ABABA, ABABAB, etc. angeordnet sein. Falls z.B. ein drittes Teilgitter (als C bezeichnet) vorgesehen ist, kann z.B. die Reihenfolge ABCA, ABCAB, ABCABC, ABCABCABC, ABCACB, ABCBAC, ABCACBCBA, etc. vorliegen. By the feature that the at least two sub-gratings are alternately arranged side by side alternately in a first direction, it is here understood in particular that at least one of the sub-gratings is arranged in two sections (for example strips) and the other sub-grid is arranged therebetween. Of course, it is also possible that the at least two sub-gratings are arranged in several sections. If the two sublattices are labeled A and B, they can thus be arranged in the first direction in the order ABA, ABAB, ABABA, ABABAB, etc. If e.g. a third subgrid (designated C) may be provided e.g. the order ABCA, ABCAB, ABCABC, ABCABCABC, ABCACB, ABCBAC, ABCACBCBA, etc. are present.

Natürlich können die zumindest zwei Teilgitter auch in einer zweiten Richtung, die verschieden zur ersten Richtung ist, abwechselnd mehrfach nebeneinander angeordnet sein. Die erste Richtung und die zweite Richtung liegen bevorzugt in der Ebene, in der die Beugungsgitterstruktur liegt und somit bevorzugt in der Oberfläche des Substrates oder parallel zu dieser Oberfläche. Of course, the at least two partial gratings can also be arranged alternately several times next to one another in a second direction, which is different from the first direction. The first direction and the second direction preferably lies in the plane in which the diffraction grating structure lies, and thus preferably in the surface of the substrate or parallel to this surface.

Unter dem Merkmal, daß die zumindest zwei Teilgitter sowohl in der ersten als auch in der zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind, wird hier insbesondere verstanden, daß z.B. eine schachbrettartige Anordnung vorliegt, bei der nur 2 × 2 Felder vorgesehen sind. In der ersten Zeile dieser 2 × 2 Felder sind die Teilgitter in der Reihenfolge AB und in der zweiten Zeile sind die Teilgitter in der Reihenfolge BA angeordnet. Natürlich kann die schachbrettartige Anordnung auch mehr als zwei Felder in zumindest einer der beiden Richtungen aufweisen, so daß in dieser Richtung dann z.B. wiederum eine der bereits beschriebenen Reihenfolge ABA, ABAB, etc. vorliegen kann. By the feature that the at least two partial gratings are arranged next to each other both in the first and in the second direction, it is here understood in particular that e.g. a checkerboard-like arrangement is provided in which only 2 × 2 fields are provided. In the first row of these 2 × 2 fields, the sub-grids are in the order AB and in the second line, the sub-grids are arranged in the order BA. Of course, the checkered arrangement may also have more than two fields in at least one of the two directions, so that in that direction then e.g. in turn, one of the already described sequence ABA, ABAB, etc. may be present.

Die zumindest zwei Teilgitter können jeweils den gleichen Flächenanteil der Beugungsgitterstruktur belegen. The at least two partial gratings can each occupy the same area fraction of the diffraction grating structure.

Ferner können bei dem erfindungsgemäßen Beugungsgitter die von den zumindest zwei Teilgittern jeweils insgesamt belegten Flächenanteile der Beugungsgitterstruktur so gewählt sein, daß eine vorbestimmte spektrale Beugungseffizienz erreicht ist. Es kann also ausgehend von einer gegebenen spektralen Beugungseffizienz bzw. eines gegebenen spektralen Beugungseffizienzverlaufs die entsprechenden Flächenanteile für jedes der Teilgitter so gewählt werden, daß diese vorbestimmte spektrale Beugungseffizienz erreicht ist. Furthermore, in the diffraction grating according to the invention, the surface portions of the diffraction grating structure occupied by the at least two sublattices may be selected such that a predetermined spectral diffraction efficiency is achieved. It is therefore possible, based on a given spectral diffraction efficiency or a given spectral diffraction efficiency profile, to choose the corresponding area proportions for each of the sublattices so that this predetermined spectral diffraction efficiency is achieved.

Bevorzugt ist die Beugungsgitterstruktur reflektiv ausgebildet. Es ist jedoch auch eine transmissive Ausbildung möglich. Preferably, the diffraction grating structure is formed reflective. However, it is also a transmissive training possible.

Ferner wird eine Spektralsensoreinheit mit einem erfindungsgemäßen abbildenden Beugungsgitter und einem Detektor bereitgestellt, wobei das Beugungsgitter ein spektral zu analysierendes Strahlenbündel spektral aufspaltet und auf dem Detektor abbildet. Furthermore, a spectral sensor unit with an imaging diffraction grating according to the invention and a detector is provided, wherein the diffraction grating spectrally splits a spectrally analyzed beam and images it on the detector.

Die Spektralsensoreinheit kann dazu z.B. einen Eintrittsspalt aufweisen. Die Spektralsensoreinheit kann zwischen dem Eintrittsspalt und dem Beugungsgitter frei sein von einem Strahlteiler und/oder frei sein von einer Einheit zum spektralen Aufspalten des Strahlenbündels (bevor es auf das Beugungsgitter trifft). The spectral sensor unit may be used e.g. have an entrance slit. The spectral sensor unit may be vacant between the entrance slit and the diffraction grating from a beam splitter and / or be free from a spectral splitting unit of the beam (before impinging on the diffraction grating).

Insbesondere kann die Spektralsensoreinheit als Spektrometer ausgebildet sein. In particular, the spectral sensor unit can be designed as a spectrometer.

Das erfindungsgemäße Beugungsgitter ist insbesondere für einen Wellenlängenbereich von nm oder von 300 nm bis 1000 nm ausgelegt. The diffraction grating according to the invention is designed in particular for a wavelength range of nm or from 300 nm to 1000 nm.

Der Detektor kann beispielsweise als Zeilendetektor ausgebildet sein. The detector can be designed, for example, as a line detector.

Die Spektralsensoreinheit kann kostengünstig aufgebaut sein, da keine zusätzlichen optischen Komponenten notwendig sind. Wenn die Oberfläche des Substrates gekrümmt ausgebildet ist, kann sie dazu genutzt werden, optische Abbildungsfehler zu reduzieren. Insbesondere kann die Oberfläche sphärisch konkav gekrümmt sein. The spectral sensor unit can be constructed inexpensively, since no additional optical components are necessary. If the surface of the substrate is curved, it can be used to reduce optical aberrations. In particular, the surface may be spherically concave curved.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail for example with reference to the accompanying drawings, which also disclose characteristics essential to the invention. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen spektralen Sensoreinheit; 1 a schematic representation of an embodiment of the spectral sensor unit according to the invention;

2 eine schematische Draufsicht der Beugungsgitterstruktur 5 des Beugungsgitters 2 in 1; 2 a schematic plan view of the diffraction grating structure 5 of the diffraction grating 2 in 1 ;

3 eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung der Gitterstruktur in den beiden Gitterbereichen 6 und 7 gemäß 2; 3 a schematic sectional view for explaining the grid structure in the two grid areas 6 and 7 according to 2 ;

4 ein Diagramm zur Erläuterung der spektralen Beugungseffizienz des erfindungsgemäßen Beugungsgitters 2, und 4 a diagram for explaining the spectral diffraction efficiency of the diffraction grating according to the invention 2 , and

5 eine schematische Draufsicht der Beugungsgitterstruktur 5 gemäß einer weiteren Ausführungsform. 5 a schematic plan view of the diffraction grating structure 5 according to a further embodiment.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße spektrale Sensoreinheit 1 ein erfindungsgemäßes abbildendes Beugungsgitter 2, einen Detektor 3, der hier als Zeilendetektor ausgebildet ist, sowie einen Eintrittsspalt 4. At the in 1 In the embodiment shown, the spectral sensor unit according to the invention comprises 1 an inventive imaging diffraction grating 2 , a detector 3 , which is designed here as a line detector, and an entrance slit 4 ,

Das abbildende Beugungsgitter 2 ist so ausgelegt, daß es den Eintrittsspalt 4 auf den Detektor 3 abbildet. Elektromagnetische Strahlung, die, wie durch den Pfeil P1 angedeutet ist, durch den Eintrittsspalt 4 als divergierendes Strahlenbündel auf das abbildende Beugungsgitter 2 trifft, wird daher wellenlängenabhängig an unterschiedlichen Orten auf den Detektor 3 abgebildet, wie schematisch für zwei verschiedene Wellenlängen durch die durchgezogenen Linien und die gestrichelten Linien angedeutet ist. The imaging diffraction grating 2 is designed so that it is the entrance slit 4 on the detector 3 maps. Electromagnetic radiation, as indicated by the arrow P1 is indicated by the entrance slit 4 as a divergent beam on the imaging diffraction grating 2 therefore, is wavelength dependent at different locations on the detector 3 shown as schematic for two different wavelengths by the solid lines and the dashed lines is indicated.

Um die Beugungseffizienz gegenüber herkömmlichen abbildenden Beugungsgittern insbesondere an den Rändern des erfaßten Spektralbereiches zu erhöhen, weist das Beugungsgitter 2 eine schematisch dargestellte Beugungsgitterstruktur 5 auf, die abschnittsweise in zwei Teilgitter mit unterschiedlichen Beugungseffizienzen aufgeteilt ist. Dies ist in der schematischen Draufsicht der Beugungsgitterstruktur 5 in 2 dargestellt, wobei die Beugungsgitterstruktur 5 streifenförmig in erste Gitterbereiche 6 (schraffiert dargestellt) und zweite Gitterbereiche 7 (nicht schraffiert dargestellt) aufgeteilt ist. In beiden Gitterbereichen 6 und 7 ist jeweils ein geblazetes Beugungsgitter ausgebildet, wie es z.B. in einer Schnittansicht in 3 angedeutet ist. In order to increase the diffraction efficiency compared to conventional imaging diffraction gratings, in particular at the edges of the detected spectral range, the diffraction grating has 2 a schematically illustrated diffraction grating structure 5 which is divided in sections into two sub-grids with different diffraction efficiencies. This is in the schematic plan view of the diffraction grating structure 5 in 2 shown, wherein the diffraction grating structure 5 strip-shaped into first grid areas 6 (hatched) and second grid areas 7 (not shown hatched) is divided. In both grid areas 6 and 7 In each case, a blazed diffraction grating is formed, as shown for example in a sectional view in 3 is indicated.

Das geblazete Gitter für die ersten Gitterbereiche 6 ist dabei für eine Wellenlänge von ca. 300 nm optimiert und das geblazete Gitter der zweiten Gitterbereiche 7 ist für eine Wellenlänge von nm optimiert. Die Streifenbreite der beiden Gitterbereiche 6, 7 ist hier so gewählt, daß der für die jeweilige Anwendung der Sensoreinheit kleinstmögliche Spot auf der Beugungsgitterstruktur 5 beide Gitterbereiche 6 und 7 überdeckt, so daß für den Spot quasi ein aus beiden Gitterbereichen 6, 7 gemitteltes Beugungsgitter vorliegt. Dies führt zu einer Beugungseffizienz gemäß der Darstellung in 4, bei der entlang der Abzisse die Wellenlänge in µm und entlang der Ordinate die Beugungseffizienz in % aufgetragen ist. Die Kurve K1 zeigt die Beugungseffizienz der ersten Gitterbereiche 6, die für eine Wellenlänge von 300 nm optimiert sind und einen nutzbaren Bereich von ca. 210 bis ca. 700 nm aufweisen. Die Kurve K2 zeigt die Beugungseffizienz der zweiten Gitterbereiche 7, die für eine Wellenlänge von ca. 850 nm optimiert sind und einen nutzbaren Wellenlängenbereich von ca. 550 nm bis mindestens 1000 nm aufweisen. Die Kurve K3 zeigt die Beugungseffizienz der erfindungsgemäßen Beugungsgitterstruktur 5, die einen nutzbaren Bereich von ca. 210 nm bis mindestens ca. 1000 nm bereitstellt. The blazed grid for the first grid areas 6 is optimized for a wavelength of about 300 nm and the blazed grating of the second grating areas 7 is optimized for a wavelength of nm. The stripe width of the two grid areas 6 . 7 is chosen here so that the smallest possible for the particular application of the sensor unit spot on the diffraction grating structure 5 both grid areas 6 and 7 covered, so that for the spot almost one from both grids areas 6 . 7 averaged diffraction grating is present. This leads to a diffraction efficiency as shown in FIG 4 in which along the abscissa the wavelength in μm and along the ordinate the diffraction efficiency in% is plotted. The curve K1 shows the diffraction efficiency of the first grating regions 6 which are optimized for a wavelength of 300 nm and have a usable range of about 210 to about 700 nm. The curve K2 shows the diffraction efficiency of the second grating regions 7 which are optimized for a wavelength of about 850 nm and have a useful wavelength range of about 550 nm to at least 1000 nm. The curve K3 shows the diffraction efficiency of the diffraction grating structure according to the invention 5 which provides a usable range of about 210 nm to at least about 1000 nm.

Die unterschiedlichen Beugungseffizienzen der beiden Gitterbereiche 6 und 7 werden hier über die Strukturtiefe h der geblazeten Gitter (3) eingestellt, wobei in beiden Gitterbereichen 6 und 7 die Gitterperiode g gleich ist. Für die ersten Gitterbereiche 6 beträgt die Strukturtiefe h ca. 130 nm und für die zweiten Gitterbereiche 7 beträgt die Strukturtiefe h ca. 360 nm. Bei konstant gehaltener Gitterperiode g führt dies automatisch zu unterschiedlichen Blazewinkeln θ. The different diffraction efficiencies of the two grating areas 6 and 7 here are the structure depth h of the blazed grids ( 3 ), wherein in both grating areas 6 and 7 the grating period g is the same. For the first grid areas 6 the structure depth h is about 130 nm and for the second grating areas 7 the structure depth h is approximately 360 nm. If the grating period g is kept constant, this automatically leads to different blaze angles θ.

Das erfindungsgemäße abbildende Beugungsgitter 2 kann beispielsweise mittels lithographischer Strukturierungsverfahren hergestellt werden, wobei sich die Interferenzlithographie für nicht ebene Substrate 8 besonders gut eignet. The imaging diffraction grating according to the invention 2 can be prepared, for example, by means of lithographic patterning methods, wherein the interference lithography for non-planar substrates 8th especially good.

So wird ein auf dem Substrat 8 aufgebrachter Photoresist in gleicher Weise wie bei der Realisierung eines homogen strukturierten Gitters holographisch belichtet. Um die unterschiedlichen Gitterbereiche 6 und 7 auszubilden, wird eine maskierte lokal unterschiedlich gestaltete Vor- und/oder Nachbelichtung des Photoresists vorgenommen. Dies führt zu einer bestimmten Variation der Strukturtiefe zwischen den zusätzlich belichteten Gebieten und den nicht zusätzlich belichteten Gebieten, da der Photoresist im Vergleich zum eingeschriebenen Interferenzmuster der holographischen Belichtung mit einem anderen Abtrag in den zusätzlich belichteten Gebieten im naßchemischen Entwicklungsprozeß beaufschlagt wird. So one becomes on the substrate 8th applied photoresist holographically exposed in the same manner as in the realization of a homogeneously structured grating. To the different grid areas 6 and 7 form a masked locally differently designed pre and / or post exposure of the photoresist. This leads to a certain variation in the pattern depth between the additionally exposed areas and the non-additionally exposed areas, since the photoresist is subjected to a different removal in the additionally exposed areas in the wet-chemical development process compared to the inscribed interference pattern of the holographic exposure.

Alternativ ist es möglich, einen nachgeschalteten Trockenätzprozeß (beispielsweise Ionenätzen oder reaktives Ionenätzen) zur Erhöhung der Strukturtiefe unter Verwendung einer speziellen Maske durchzuführen. Es können daher z.B. in einem ersten Schritt die nicht maskierten Bereiche mit vorbestimmten Ätzparametern in das Substrat übertragen werden. Im Anschluß daran können entweder nur die vorher abgedeckten Bereiche oder alle Bereiche mit einem vorher bestimmten Ätzparameter übertragen werden. Zur Erhöhung der Phasengleichheit (Höhensprünge) zwischen beiden Gitterbereichen ist die erste Variante zu bevorzugen. Alternatively, it is possible to perform a downstream dry etching process (eg, ion etching or reactive ion etching) to increase the texture depth using a special mask. Thus, e.g. in a first step, the unmasked areas are transmitted to the substrate with predetermined etching parameters. Following this, either only the previously covered areas or all areas can be transmitted with a predetermined etching parameter. To increase the phase equality (height jumps) between the two grating areas, the first variant is to be preferred.

Die resultierende Beugungsgitterstruktur 5 weist dann im Gegensatz zu einer konventionellen Ausführung mit homogener Strukturierung die zwei streifenförmig abwechselnd angeordneten Gitterbereiche 6 und 7 auf, die lückenlos aneinandergrenzen und unterschiedliche spektrale Beugungseffizienzen aufweisen. The resulting diffraction grating structure 5 then, in contrast to a conventional embodiment with homogeneous structuring the two strip-shaped alternately arranged grid areas 6 and 7 on, which adjoin each other gapless and have different spectral diffraction efficiencies.

Natürlich können auch mehr als zwei unterschiedliche Gitterbereiche vorgesehen werden. Auch ist eine andere Aufteilung der Beugungsgitterstruktur 5 möglich. In 5 ist in gleicher Weise wie in 2 eine Aufteilung der Beugungsgitterstruktur 5 gezeigt, wobei diese Aufteilung kachelförmig ist. Die in 5 gezeigte Aufteilung kann auch als schachbrettartig bezeichnet werden. Of course, more than two different grid areas can be provided. Also, another division of the diffraction grating structure 5 possible. In 5 is the same as in 2 a division of the diffraction grating structure 5 shown, this division is tile-shaped. In the 5 division shown can also be referred to as a checkerboard.

Bevorzugt ist eine möglichst gleichmäßige Verteilung der zumindest zwei Gitterbereiche 6 und 7. Dann wird vorteilhaft erreicht, daß sich auch eine ungleichmäßige Ausleuchtung der Pupille (Eingangswinkelspektrum) des Systems bzw. der Sensoreinheit 1 trotz der lokal wellenlängenabhängig unterschiedlichen Beugungseffizienzen der Beugungsgitterstruktur nicht verfälschend auf das Meßsignal auswirkt. A preferably uniform distribution of the at least two grid areas is preferred 6 and 7 , Then it is advantageously achieved that also an uneven illumination of the pupil (input angle spectrum) of the system or the sensor unit 1 despite the local wavelength-dependent different diffraction efficiencies of the diffraction grating structure does not adversely affect the measured signal.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist das abbildende Beugungsgitter 2 als reflektives Beugungsgitter ausgebildet. Natürlich kann es auch als transmisives Beugungsgitter ausgebildet sein. In the embodiments described so far, the imaging diffraction grating is 2 designed as a reflective diffraction grating. Of course, it can also be designed as a transmissive diffraction grating.

Das Substrat 8 weist bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen eine nicht ebene Oberfläche 9 auf, die hier bevorzugt sphärisch gekrümmt ist. Natürlich ist es auch möglich, daß die Oberfläche 9 eben ausgebildet ist. The substrate 8th has a non-planar surface in the embodiments described so far 9 which is preferably spherically curved here. Of course it is also possible that the surface 9 just trained.

Die Gitter in den Gitterbereichen 6, 7 müssen nicht als Blaze-Gitter ausgebildet sein, sondern können auch anders ausgebildet sein. Sie können z.B. eine sinusförmige Struktur oder eine Binärstruktur aufweisen. The grids in the grid areas 6 . 7 do not have to be designed as a blaze grating, but can also be designed differently. They may, for example, have a sinusoidal structure or a binary structure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009029324 A1 [0003] DE 102009029324 A1 [0003]

Claims (14)

Abbildendes Beugungsgitter mit einem eine Oberfläche (9) aufweisenden Substrat (8) und einem auf und/oder in der Oberfläche (9) des Substrates (8) gebildeten Beugungsgitterstruktur (5), die abschnittsweise in zumindest zwei Teilgitter mit unterschiedlichen spektralen Beugungseffizienzen aufgeteilt ist, wobei die zumindest zwei Teilgitter in einer ersten Richtung abwechselnd mehrfach nebeneinander angeordnet sind und/oder sowohl in der ersten Richtung als auch in einer zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind. Imaging diffraction grating with a surface ( 9 ) having substrate ( 8th ) and one on and / or in the surface ( 9 ) of the substrate ( 8th ) diffraction grating structure ( 5 ), which is partially divided into at least two sub-grids with different spectral diffraction efficiencies, wherein the at least two sub-gratings are alternately arranged side by side in a first direction and / or arranged side by side both in the first direction and in a second direction. Beugungsgitter nach Anspruch 1, bei dem die Oberfläche (9) nicht-eben ausgebildet ist. A diffraction grating according to claim 1, wherein the surface ( 9 ) is not-trained. Beugungsgitter nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Beugungsgitterstruktur (5) und/oder das Substrat (8) die abbildende Wirkung bereitstellen. Diffraction grating according to one of the preceding claims, in which the diffraction grating structure ( 5 ) and / or the substrate ( 8th ) provide the imaging effect. Beugungsgitter nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die abschnittsweise Aufteilung drei, vier oder mehr Streifen aufweist. A diffraction grating according to any one of the preceding claims, wherein the sectional division comprises three, four or more strips. Beugungsgitterstruktur nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die abschnittsweise Aufteilung kachelförmig ist. A diffraction grating structure according to any one of the preceding claims, wherein the sectional division is tile-shaped. Beugungsgitter nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die abschnittsweise Aufteilung ohne Lücken vorliegt. Diffraction grating according to one of the above claims, in which the segmental division is present without gaps. Beugungsgitter nach einem der obigen Ansprüche, bei dem sich die zumindest zwei Teilgitter (6, 7) in ihrer geometrischen Ausbildung unterscheiden. Diffraction grating according to one of the above claims, in which the at least two partial gratings ( 6 . 7 ) differ in their geometric design. Beugungsgitter nach einem der obigen Ansprüche, bei dem sich die zumindest zwei Teilgitter in ihrer Furchentiefe unterscheiden. Diffraction grating according to one of the above claims, wherein the at least two partial gratings differ in their groove depth. Beugungsgitter nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die zumindest zwei Teilgitter vom gleichen Gittertyp sind. A diffraction grating according to any one of the preceding claims, wherein the at least two sublattices are of the same lattice type. Beugungsgitter nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die zumindest zwei Teilgitter insgesamt gleiche Flächenanteile der Beugungsgitterstruktur (5) belegen. A diffraction grating according to one of the preceding claims, in which the at least two sublattices have a total of the same areal components of the diffraction grating structure ( 5 ) occupy. Beugungsgitter nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die von den zumindest zwei Teilgittern jeweils insgesamt belegten Flächenanteile der Beugungsgitterstruktur (5) so gewählt sind, daß eine vorbestimmte spektrale Beugungseffizienz erreicht ist. Diffraction grating according to one of the above claims, in which the area fractions of the diffraction grating structure respectively occupied by the at least two sublattices ( 5 ) are selected so that a predetermined spectral diffraction efficiency is achieved. Beugungsgitter nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Beugungsgitterstruktur reflektiv ausgebildet ist. A diffraction grating according to any one of the preceding claims, wherein the diffraction grating structure is reflective. Spektralsensoreinheit mit einem abbildenden Beugungsgitter (2) nach einem der obigen Ansprüche und einem Detektor (3), wobei das Beugungsgitter (2) ein spektral zu analysierendes Strahlenbündel spektral aufspaltet und auf den Detektor (3) abbildet. Spectral sensor unit with an imaging diffraction grating ( 2 ) according to one of the above claims and a detector ( 3 ), wherein the diffraction grating ( 2 ) Spectrally splits a spectrally analyzed beam and on the detector ( 3 ) maps. Spektralsensoreinheit nach Anspruch 13, die einen Eintrittsspalt aufweist und zwischen Eintrittsspalt und Beugungsgitter frei ist von einem Strahlteiler und/oder frei ist von einer Einheit zum spektralen Aufspalten des Strahlenbündels. Spectral sensor unit according to claim 13, having an entrance slit and is free between the entrance slit and diffraction grating of a beam splitter and / or is free from a unit for spectral splitting of the beam.
DE201210208906 2012-05-25 2012-05-25 Diffraction grating for use in spectral sensing unit, has two partial lattices that are arranged with different spectral diffraction efficiencies, where lattices are arranged in direction that is arranged next to another direction Ceased DE102012208906A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210208906 DE102012208906A1 (en) 2012-05-25 2012-05-25 Diffraction grating for use in spectral sensing unit, has two partial lattices that are arranged with different spectral diffraction efficiencies, where lattices are arranged in direction that is arranged next to another direction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210208906 DE102012208906A1 (en) 2012-05-25 2012-05-25 Diffraction grating for use in spectral sensing unit, has two partial lattices that are arranged with different spectral diffraction efficiencies, where lattices are arranged in direction that is arranged next to another direction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012208906A1 true DE102012208906A1 (en) 2013-11-28

Family

ID=49547086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210208906 Ceased DE102012208906A1 (en) 2012-05-25 2012-05-25 Diffraction grating for use in spectral sensing unit, has two partial lattices that are arranged with different spectral diffraction efficiencies, where lattices are arranged in direction that is arranged next to another direction

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012208906A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017212522A1 (en) * 2016-06-06 2017-12-14 株式会社島津製作所 Diffraction grating and spectral device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5682266A (en) * 1995-04-05 1997-10-28 Eastman Kodak Company Blur filter for eliminating aliasing in electrically sampled images
DE10019574A1 (en) * 2000-04-20 2001-10-31 Techkon Gmbh Modular handheld measurement device has interface that enables connection of optoelectronic sensor of measurement module with memories and processor of operation module
US20020027712A1 (en) * 1998-08-28 2002-03-07 Yakov G. Soskind Optical systems employing stepped diffractive surfaces
DE10123230A1 (en) * 2001-05-12 2002-11-28 Zeiss Carl Diffractive optical element and optical arrangement with a diffractive optical element
DE10322239A1 (en) * 2003-05-17 2004-12-09 Carl Zeiss Smt Ag Blazed diffractive optical element and projection lens with such an element
WO2007031992A1 (en) * 2005-09-14 2007-03-22 Mirage Innovations Ltd. Diffraction grating with a spatially varying duty-cycle
DE102007042672A1 (en) * 2007-09-10 2009-03-26 Carl Zeiss Smt Ag Diffractive optical element for operating wavelength for microelectronics, comprises binary structuring in subarea, and binary structuring comprises different strip densities at two positions of former subarea smaller than certain amount
DE102009029324A1 (en) 2009-09-09 2011-03-24 Carl Zeiss Ag Reflective diffraction grating for e.g. spectral fragmentation of light in spectrometer, has metal layer including upper side comprising structure, dielectric layer applied on upper side, and another dielectric layer comprising structure

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5682266A (en) * 1995-04-05 1997-10-28 Eastman Kodak Company Blur filter for eliminating aliasing in electrically sampled images
US20020027712A1 (en) * 1998-08-28 2002-03-07 Yakov G. Soskind Optical systems employing stepped diffractive surfaces
DE10019574A1 (en) * 2000-04-20 2001-10-31 Techkon Gmbh Modular handheld measurement device has interface that enables connection of optoelectronic sensor of measurement module with memories and processor of operation module
DE10123230A1 (en) * 2001-05-12 2002-11-28 Zeiss Carl Diffractive optical element and optical arrangement with a diffractive optical element
DE10322239A1 (en) * 2003-05-17 2004-12-09 Carl Zeiss Smt Ag Blazed diffractive optical element and projection lens with such an element
WO2007031992A1 (en) * 2005-09-14 2007-03-22 Mirage Innovations Ltd. Diffraction grating with a spatially varying duty-cycle
DE102007042672A1 (en) * 2007-09-10 2009-03-26 Carl Zeiss Smt Ag Diffractive optical element for operating wavelength for microelectronics, comprises binary structuring in subarea, and binary structuring comprises different strip densities at two positions of former subarea smaller than certain amount
DE102009029324A1 (en) 2009-09-09 2011-03-24 Carl Zeiss Ag Reflective diffraction grating for e.g. spectral fragmentation of light in spectrometer, has metal layer including upper side comprising structure, dielectric layer applied on upper side, and another dielectric layer comprising structure

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017212522A1 (en) * 2016-06-06 2017-12-14 株式会社島津製作所 Diffraction grating and spectral device
CN109196391A (en) * 2016-06-06 2019-01-11 株式会社岛津制作所 diffraction grating and light-dividing device
JPWO2017212522A1 (en) * 2016-06-06 2019-01-17 株式会社島津製作所 Diffraction grating and spectroscopic device
US20190145824A1 (en) * 2016-06-06 2019-05-16 Shimadzu Corporation Diffraction grating and spectral device
US10900832B2 (en) 2016-06-06 2021-01-26 Shimadzu Corporation Diffraction grating and spectral device
CN109196391B (en) * 2016-06-06 2021-05-07 株式会社岛津制作所 Diffraction grating and spectroscopic device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2593819B1 (en) Optical bandpass filter system, in particular for multichannel spectral-selective measurements
DE112009001319B4 (en) Optical encoder
EP0765488B1 (en) Grating structure and its use
DE112004002777B4 (en) Optical encoder
DE2534540A1 (en) FOURIER TRANSFORMATIONS HOLOGRAPHY WITH PHASE SHIFT IN PSEUDO RANDOM DISTRIBUTION
DE2819400A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR ALIGNING TWO BODIES
EP1169626B1 (en) Device and method for optical spectroscopy
DE2611730A1 (en) FOURIER TRANSFORMATIONS HOLOGRAPHY WITH PSEUDO RANDOM DISTRIBUTED PHASE SHIFTING OF THE OBJECT ILLUMINATION RAYS AND APODIZATION
WO2004025335A1 (en) Binary blazed diffractive optical element
DE102009037629B4 (en) Pixelated, diffractive optical element with two height levels for generating a phase distribution with any phase shift
EP2335100B1 (en) Grid image having achromatic grid fields
DE69406089T2 (en) Trilateral phase shift type optical achromatic interferometers
DE19521295C2 (en) Photoelectric position measuring device
DE10128768A1 (en) Diffractive OFF-axis beam formers and steel splitters to reduce sensitivity to manufacturing tolerances
DE102015203572A1 (en) Optical grating and method for its production
DE102012208906A1 (en) Diffraction grating for use in spectral sensing unit, has two partial lattices that are arranged with different spectral diffraction efficiencies, where lattices are arranged in direction that is arranged next to another direction
DE69916598T2 (en) DEVICE FOR BROADBAND DIFFERENTIAL SCATTERING AND ASSOCIATED METHODS
WO2014075652A1 (en) Sensor for detecting and localising laser beam sources
DE102009031688A1 (en) Optical arrangement, use of an optical arrangement and method for determining a diffraction grating
EP2237079B1 (en) Device for homogenising coherent radiation
DE10313548B4 (en) Binary blazed diffractive optical element and lens containing such an element
DE102011084055B4 (en) OPTICAL FILTER WITH A RESONANT WAVEGUIDE GRILLE
EP1078232B1 (en) Controllable microcode line, especially for spectrometers
DE102005058808B4 (en) Position measuring device with holographic scale
DE102021210671A1 (en) INTENSITY ADJUSTING FILTER FOR AN OPTICAL ASSEMBLY AND OPTICAL ASSEMBLY WITH A RESPECTIVE INTENSITY ADJUSTING FILTER AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final