DE102021130675A1 - Polarisationsstrahlteiler und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch einen Polarisationsstrahlteiler mit einem Interferenzschichtsystem, das Interferenzschichtsystem umfassend:
- eine erste Anzahl Schichten eines ersten Reaktionsproduktes R1,
- eine zweite Anzahl Schichten eines zweiten Reaktionsproduktes R2 und
- eine dritte Anzahl Schichten eines dritten Reaktionsproduktes R3, wobei die erste, zweite und dritte Anzahl jeweils grösser als eins ist und
- das erste Reaktionsprodukt R1 das Produkt der Reaktion eines ersten metallischen Materials M1 mit einem ersten Reaktivgas ist und
- das zweite Reaktionsprodukt R2 das Produkt der Reaktion eines zweiten metallischen Materials M1 mit einem zweiten Reaktivgas ist und
- das dritte Reaktionsprodukt R3 das Produkt der Reaktion eines dritten metallischen Materials M3 mit einem dritten Reaktivgas ist wobei sich das erste metallische Material M1 vom zweiten metallischen Material M2 in seinen chemischen Elementen unterscheidet.
Das dritte metallische Material M3 umfasst das erste metallische Material M1 als Komponente und das dritte metallische Material M3 umfasst auch das zweite metallische Material M2 als Komponente. Somit das dritte Reaktionsprodukt R3 ein Reaktionsmischprodukt R3.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Bauteil, mit dem ein Polarisations-Strahlteiler realisiert ist. Dieser wird im folgenden Text auch als PBS (= polarizing beam splitter) abgekürzt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf optische Interferenzfilter, die eingesetzt werden, um eine Polarisationstrennung von Licht zu erreichen.
  • Ein PBS ist ein seit langer Zeit bekanntes optisches Bauteil. Elektromagnetische Strahlung breitet sich in zur Fortbewegungsrichtung transversalen Schwingungen in der Regel geradlinig aus. Fällt eine solche Strahlung unter einem Winkel abweichend von der Normalen auf eine Grenzfläche zu einem Medium ein, so können die elektromagnetischen Schwingungen zerlegt werden in solche, die in der von dem einfallenden und reflektiertem Licht aufgespannten Ebene schwingen, und solche, die senkrecht dazu schwingen. Diese senkrecht zu der Ebene schwingenden Bestandteile werden S-polarisierte Bestandteile genannt. Die parallel dazu schwingenden Bestandteile werden P-polarisierte Bestandteile genannt. In der Regel transmittiert ein PBS eher die P-polarisierten Bestandteile des Lichtes, während die S-polarisierten Bestandteile des Lichtes eher reflektiert und damit abgelenkt werden.
  • Das wohl am weitesten verbreitete PBS ist das sogenannte MacNeille PBS in Würfelform. Dabei sind zwei Dreiecksprismen an deren Hypotenusenflächen miteinander verklebt, wobei an genau diesen Flächen ein polarisationsteilendes Interferenzfiltersystem angeordnet ist. Eine schematische Illustration dieses Aufbaus findet sich beispielsweise in der 2 der Patentschrift US2403731 . Die entsprechende Patentanmeldung wurde von MacNeille im Jahr 1943 eingereicht.
  • Das Interferenzfiltersystem des MacNeille PBS umfasst ein erstes Material mit hohem Brechungsindex und ein zweites Material mit niedrigem Brechungsindex. Daraus wird ein Wechselschichtsystem erstellt, das ein Interferenzfilterschichtsystem bildet. Ein solches System ist für einen schmalen Wellenlängenbereich und einen geringen Öffnungswinkel der einfallenden Strahlung sehr einfach zu realisieren.
  • Wie gut ein PBS S-Polarisiertes Licht von P-Polarisiertem Licht trennt, lässt sich über das Kontrastverhältnis Tp/Ts des transmittierten Lichtes ausdrücken. Wesentlich ist allerdings auch noch, wie viel des P-polarisierten Lichtes tatsächlich transmittiert wird, denn ein PBS, das zwar ein extrem hohes Kontrastverhältnis ermöglicht, allerdings im gewünschten spektralen Bereich teilweise weniger als 50% des p-polarisierten Lichts transmittiert, ist kaum brauchbar. Ebenso wichtig ist die Frage, wie tolerant ein PBS gegenüber Unterschieden in den Einfallswinkeln ist. Hierfür wurde das Konzept der F-Zahl eingeführt, wobei F definiert ist als F:=0.5/NA, wobei NA die numerische Apertur des optischen Systems ist. Je grösser die numerische Apertur eines optischen Systems ist, umso mehr wird von dem Licht verwendet, das die Lichtquelle zur Verfügung stellt. Eine grosse numerische Apertur führt zu einen kleinen F-Zahl.
  • Je höher in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich das Kontrastverhältnis eines PBS bei guter Transmission der P-Polarisation ist und je kleiner die F-Zahl ist, für die er ausgelegt ist, umso besser ist letztlich seine Funktionsweise.
  • Entscheidend für diese Performance ist letztlich das Design des Interferenzfilters, das in der Regel aus einem Dünnfilm-Schichtsystem mit dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes besteht. Ausgehend vom MacNeille PBS gibt es unterschiedliche Ansätze zur Verbesserung des Designs des Interferenzfilters.
  • In seinem Artikel „Practical layer designs for polarizing beam splitter cubes“ Appl.Opt.45 (2006) S. 1539ff beschreibt Bernhard von Blanckenhagen vier unterschiedliche Designs A, B, C und D. Die Designs A bis C bestehen jeweils aus einem Wechselschichtsystem von zwei Materialien. Die entsprechenden PBS decken aber einen Wellenlängenbereich von jeweils lediglich 100nm ab. Um das ganze sichtbare Spektrum abzudecken, führt Blanckenhagen ein drittes Schichtmaterial ein. Ausgehend von einem Wechselschichtsystem mit Al2O3 und Ta2O5, mit dem nicht genügend Kontrastverhältnis erzielt werden kann, werden hierzu im Rahmen eines Computer-Optimierungsprozesses an bevorzugten Stellen sehr dünne TiO2 Schichten eingeführt, deren Dicke dann optimiert wird. Auf diese Weise entsteht also ein Design, das im Wesentlichen als Basis ein Al2O3-Ta2O5 Wechselschichtsystem besitzt, in das an günstigen Stellen TiO2 Schichten eingeführt sind. Mit der Einführung von TiO2 ist allerdings ein erheblicher Nachteil verbunden: Bereits Blanckenhagen beschreibt in seinem Artikel, dass sich aufgrund der Absorption des Materials der Einsatz von TiO2 für Anwendungen im Spektralbereich zwischen 400nm und 500nm eigentlich verbietet.
  • Das äussert sich dann auch in deutlich reduzierten Transmissionswerten der P-Polarisation für Wellenlängen unterhalb 450nm, wie auch deutlich in 6 der Publikation von Blanckenhagen zu sehen ist. Der PBS bekommt also in Transmission einen Gelbstich.
  • In DE102004008593 beschreibt Blanckenhagen einen Polarisationsstrahlteiler mit folgenden Eigenschaften:
    • - der Anteil an P-polarisiertem Licht Tp zu dem Anteil an S-polarisiertem Licht Ts einem Verhältniswert von Tp:Ts > 1000 entspricht,
    • - das zu teilende Lichtbündel unter einem Einrittswinkel von bis zu 0°±15° durch die Eintrittsfläche in den Polarisationsstrahler eintreten kann, und
    • - die Intensität des P-polarisierten Lichts Tp über einen Wellenlängenbereich von beispielsweise etwa 400 nm bis 700 nm hinweg mindestens das 0,8-fache der Intensität des einfallenden Lichtbündels beträgt.
  • Dies wird erreicht durch eine Interferenzschichtsystem aus drei verschiedenen Materialien MB1, MB2, MB3 mit den Brechzahlen n1 = 1.638, n2=2.153 und n3 = 2.401, wobei die Brechzahlen jeweils für eine Wellenlänge von 550 nm gelten. Als Material MB1 ist Al2O3 (Aluminiumoxid) mit der Brechzahl n1 = 1.638 vorgesehen, als Material MB2 wird Ta2O5 (Tantalpentoxid) mit der Brechzahl n2 = 2.153 und als Material MB3 wird TiO2 (Titandioxid) mit der Brechzahl n3 = 2.401 verwendet.
  • Gemäss Blanckenhagen kommen grundsätzlich auch weitere Schichtmaterialien in Betracht, wie SiO2, MgF2, Chiolith, Kryolith, AlO2, HfO2, LaF3, weitere Lanthanoidfluoride, Nb2O5 sowie Mischoxide, insbesondere Mischoxide aus La und Ti.
  • Vollkommen offen bleibt bei Blanckenhagen allerdings, wie die vorgeschlagenen Interferenzschichtsysteme herzustellen wären. Für all die oben genannten Materialien kennt der Fachmann zwar jeweils einen spezifischen Herstellungsprozess. In der Regel wird dies die physikalische Abscheidung aus der Gasphase sein (PVD). Hier sind aber meist komplexe reaktive Beschichtungsprozesse notwendig. Auch dies ist realisierbar. Je mehr Materialien allerdings zu beschichten sind, umso komplexer und damit auch teurer und störanfälliger wird der Beschichtungsprozess. Dies kann letztlich dazu führen, dass die Verwirklichung eines solchen Schichtsystems schlichtweg unwirtschaftlich wird.
  • Dieses Problem möchte die vorliegende Erfindung lösen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Interferenzschichtsystem anzugeben, dass in einem Polarisationsstrahlteiler Anwendung finden kann, dass aber selbst nicht die oben erwähnten Probleme aufweist und bei dessen Herstellung die oben erwähnten Probleme nicht auftauchen oder zumindest reduziert sind.
  • Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch ein Interferenzschichtsystem entsprechend dem Anspruch 1 gelöst.
  • Das erfindungsgemässe Interferenzschichtsystem umfasst zumindest drei verschiedene Materialien R1, R2, R3 die hinsichtlich ihrer Brechzahlen n1, n2, n3 verschieden sind.
  • Erfindungsgemäss sind alle drei Materialien R1, R2, R3, Produkte jeweils einer Reaktion mit jeweils einem Reaktivgas oder Reaktivgasgemisch.
  • Das erste Reaktionsprodukt R1 ist das Reaktionsprodukt eines ersten Reaktivgases oder ersten Reaktivgasgemischs mit einem ersten metallischen Material M1. Das zweite Reaktionsprodukt R2 ist das Reaktionsprodukt eines zweiten Reaktivgases oder zweiten Reaktivgasgemisches mit einem zweiten metallischen Material M2. Das dritte Reaktionsprodukt R3 ist das Reaktionsprodukt eines dritten Reaktivgases oder dritten Reaktivgasgemischs mit einem dritten metallischen Material M3, wobei das dritte metallische Material M3 das erste metallische Material M1 als Komponente umfasst und das dritte metallische Material M3 auch das zweite metallische Material M2 als Komponente umfasst. Das dritte Reaktionsprodukt R3 wird im Folgenden als Reaktionsmischprodukt R3 bezeichnet.
  • Wenn im Rahmen dieser Beschreibung von „metallischem Material“ geschrieben wird, dann sind damit Materialien gemeint, die reine Metalle und/oder Legierungen und/oder Metallmischungen und/oder auch Materialien, die Metalle und Halbleiter und/oder Halbmetalle, beinhalten.
  • Ist das dritte Reaktivgas Sauerstoff, so ist das Reaktionsmischprodukt R3 ein Mischoxid. Erstes, zweites und drittes Reaktivgas bzw. Reaktivgasgemisch sind vorzugsweise dieselben, sie können sich aber auch unterscheiden. Sind sie dieselben, so sind auch die nichtmetallischen Bestandteile in den Reaktionsprodukten R1, R2 und R3 qualitativ dieselben.
  • Wenn im Folgenden von Reaktivgas die Rede ist, dann sollen damit auch Reaktivgasgemische umfasst sein.
  • Vorzugsweise setzt sich das dritte metallische Material aus dem ersten und dem zweiten metallischen Material zusammen. Sind erstes, zweites und drittes Reaktivgas bzw. Reaktivgasgemisch dieselben, dann liegt der Brechwert des Reaktionsmischprodukts R3 zwischen demjenigen von R1 und demjenigen von R2.
  • Das erfinderische Interferenzschichtsystem umfasst eine erste Anzahl Schichten eines ersten Reaktionsproduktes R1, eine zweite Anzahl Schichten eines zweiten Reaktionsproduktes R2 und eine dritte Anzahl Schichten eines dritten Reaktionsproduktes R3, wobei die erste, zweite und dritte Anzahl jeweils grösser als eins ist, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Reaktionsprodukt R3 ein wie oben beschriebenes Reaktionsmischprodukt R3 ist.
  • Um zu einem Design für ein solches Interferenzschichtsystem zu gelangen, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Entsprechend der benötigten Brechungsindizes n1 und n2 werden beispielsweise zunächst die Reaktionsprodukte R1 und R2 ausgewählt. Dadurch liegen erstes metallisches Material M1, zweites metallisches Material M2 und auch die Reaktivgase fest. Im Anschluss wird entsprechend dem benötigten mittleren Brechungsindex n3 das Reaktionsmischprodukt R3 ausgewählt. Dadurch liegt das Mischungsverhältnis M1 :M2 im metallischen Material M3 fest.
  • Ausserdem wird der Brechungsindex des Substrats, auf dem das Interferenzschichtsystem realisiert werden soll, festgelegt. Ebenso wird das das Interferenzschichtsystem abdeckende Deckmedium, d.h. insbesondere dessen Brechungsindex, festgelegt.
  • Basierend auf dem so festgelegten Substrat, dem Deckmedium, Reaktionsprodukten R1 und R2 sowie dem Reaktionsmischprodukt R3 wird nun - üblicherweise mittels einer Dünnfilm-Optimierungssoftware - eine Schichtmaterialanordnung und eine Schichtdickenanordnung ermittelt, was zu einem Design des Interferenzschichtsystems führt, dessen spektrale Transmissions- und Reflexionseigenschaften die gewünschten Spezifikationen erfüllen.
  • In vielen Fällen erlaubt dabei die Optimierungssoftware bereits die Berücksichtigung von erforderlichen Schichdickentoleranzen sowie zu erwartende Unsicherheiten in den Brechungsindizes. Beispielsweise kann im Laufe der Optimierung gefordert werden, sehr dünne Schichten am Ende auszuschliessen.
  • Ist das Design des Interferenzschichtsystems z.B. auf die oben beschriebene Weise ermittelt, so kann dieses realisiert werden. Dies kann beispielsweise mit einer PVD Anlage geschehen, die auf dem Prinzip des Zerstäubens von Material von einer Materialquelle (Target) beruht. In Fachkreisen wird dieses Verfahren auch Sputtern genannt. Hierzu wird in eine zuvor evakuierte Beschichtungskammer, in der ein Target angeordnet ist, ein Arbeitsgas wie z.B. Argon eingelassen und dieses Arbeitsgas beispielsweise mit Hilfe eines Plasmas positiv ionisiert. An das Target wird eine negative Spannung angelegt, so dass die positiven Argonionen zum Target hin beschleunigt werden und in dessen Oberfläche einschlagen. Durch die Einschläge der stark beschleunigten Argonionen in die Targetoberfläche wird Targetmaterial in sehr feinen Partikeln, im Wesentlichen atomar, aus der Targetoberfläche herausgeschleudert. Diese schlagen sich zum Teil auf der Oberfläche der in der Nähe angeordneten oder sich am Target vorbeibewegenden Substrate, die beschichtet werden sollen, nieder. Je heftiger der Argonionenbeschuss ist, umso höher ist die Niederschlagsrate. Durch Einstellung der negativen Spannung und damit der an das Target abgegebenen Leistung kann der Argonionenbeschuss und damit die Beschichtungsrate effizient gesteuert werden. Dies kann auch im Wechselfeldbetrieb zwischen zwei Targets erfolgen.
  • Wenn, wie im vorliegenden Fall, die zu erstellende Schicht ein Reaktionsprodukt sein soll, dann wird während der Beschichtung das entsprechende Reaktivgas in die Beschichtungskammer eingelassen. Auf dem Weg zu Substratoberfläche und/oder auch auf der Substratoberfläche reagiert dann das Reaktivgas mit den zerstäubten Partikeln zu dem entsprechenden Reaktionsprodukt. Ein bei diesem reaktiven Beschichtungsprozess häufig vorkommendes Problem ist der Effekt, dass das Reaktivgas auch direkt mit der Targetoberfläche reagiert, auf der Targetoberfläche also Reaktionsprodukte entstehen. Da diese in vielen Fällen nicht elektrisch leitend sind, stört dies den Sputterprozess, der dann unstabil werden kann. Diese sogenannte Targetvergiftung kann sogar zum Erliegen des Sputterprozesses führen. Um das zu vermeiden, muss daher dafür gesorgt werden, dass sich entweder keine Reaktionsprodukte auf der Targetoberfläche bilden oder die eventuell sich auf der Targetoberfläche bildenden Reaktionsprodukte durch den Sputterprozess selbst wieder schnell genug entfernt werden.
  • Es bilden sich dann keine Reaktionsprodukte auf der Targetoberfläche, wenn in Targetnähe keine Reaktivgase sind, die Reaktion also räumlich vollständig von der Zerstäubung getrennt ist. In einem solchen Prozess legen sich die zerstäubten, nicht reagierten Partikel des Targets auf der Substratoberfläche ab. Das Substrat wird von der Umgebung des Targets wegbewegt und deutlich entfernt und (eventuell abgeschirmt vom Target) einem weiteren Plasma und dem Reaktivgas ausgesetzt. Auf der Substratoberfläche reagieren dann die zerstäubten Partikel mit dem im Plasma angeregten Reaktivgas zum Reaktionsprodukt. Ein solches Verfahren ist genauer in der EP0716160 von Seeser et al beschrieben. Diese vollständige Trennung von Zerstäuben und Reaktion senkt allerdings die Beschichtungsrate, da sichergestellt werden muss, dass durch die neu abgelegte Schicht durchreagiert wird, d.h. dass die Stöchiometrie eingehalten wird, also keine nicht reagierten Partikel übrigbleiben. Bei einer zu hohen Zerstäubungsrate ist die Gefahr gross, dass die neu entstandene Partikellage zu dick wird und nicht genügen Zeit für den Reaktionsprozess vorhanden ist.
  • Sich auf der Targetoberfläche bildende Reaktionsprodukte werden dann genügend schnell durch das Sputtern von der Targetoberfläche entfernt, wenn dort die Reaktivgaszufuhr vorbestimmt limitiert wird. Das Reaktivgas reicht aber dann oft nicht aus, um mit den zerstäubten Partikeln stöchiometrisch zu reagieren. Durch diese Unterstöchiometrie bleibt allerdings gewährleistet, dass die Targetoberfläche leitend bleibt und nicht vergiftet. Um die gewünschte Stöchiometrie in der abgeschiedenen Schicht zu erreichen, wird dann ebenfalls wie oben beschrieben getrennt nachreagiert. Dieses Verfahren ist genauer in der EP1592821 beschrieben. Die Beschichtungsrate kann im Vergleich zum vorher beschriebenen vollständig getrennten Reaktivprozess viel höher sein, da schon ein grosser Teil der zerstäubten Partikel auf ihrem Weg zum Substrat zu Reaktionsprodukt wurde, bevor sie sich auf der Substratoberfläche ablegten. Das bedeutet, es muss nicht so viel nachreagiert werden und die Stöchiometrie wird viel schneller erreicht. Im Gegensatz zu einer vollständigen Trennung von Zerstäuben und Reagieren können hier wie gesagt recht hohe Beschichtungsraten beibehalten werden.
  • Möchte man nun zwei Reaktionsprodukte R1 und R2 im Schichtsystem realisieren, so benötigt man auch zwei Materialquellen (Targets) mit unterschiedlichen metallischen Materialien M1 und M2.
  • Die Beschichtung eines Reaktionsmischproduktes R3 kann dann dadurch erfolgen, dass man beide Targets gleichzeitig betreibt. Nach dem oben Gesagten ist einleuchtend, dass das Verhältnis M1 :M2 im Reaktionsmischprodukt dadurch gewählt werden kann, dass die an den Targets angelegten Spannungen und damit die Leistungsabgabe der Targets aufeinander abgestimmt eingestellt wird. Wird entsprechend der oben beschriebenen Trennung von Zerstäuben und Reaktion oder entsprechend der unterstöchiometrischen Beschichtung mit anschliessender Fertigreaktion beschichtet, so kann die an den Targets jeweils einzustellende Leistungsabgabe relativ frei gewählt werden, ohne dass eine Targetvergiftung befürchtet werden müsste. Damit ist ein stabiler Beschichtungsprozess mit relativ hoher Beschichtungsrate erreicht.
  • Um zum gewünschten mittleren Brechungsindex für das Reaktionsmischprodukt R3 zu gelangen, können zum Beispiel im Rahmen einer Probebeschichtung die Leistungen an den beiden Targets zunächst ähnlich gewählt werden, um eine Probeschicht zu beschichten. Von dieser Probeschicht wird dann in bekannter Weise der Brechungsindex (oder falls genauer notwendig die Dispersion) ermittelt. Stimmt der ermittelte Brechungsindex nicht mit dem für R3 gewünschten Brechungsindex überein, so kann das Verhältnis der Leistungen angepasst werden und entsprechend eine weitere Probeschicht beschichtet und vermessen werden. Der Brechungsindex des Reaktionsmischproduktes R3 und seine stabile Einstellung ist von zentraler Bedeutung. Aus diesem Grund ist es sehr vorteilhaft, mit dem oben beschriebenen Beschichtungsverfahren einen sehr stabilen Prozess realisiert zu haben. Insbesondere die Tatsache, dass zur Einstellung und notwendigenfalls Anpassung des Brechungsindex lediglich die Leistungen an den Targets angepasst werden müssen, ist von grossem Vorteil.
  • Um nun einen Polarisationsstrahlteiler herzustellen wird das oben beschriebene Interferenzschichtsystem beispielsweise entsprechend dem oben beschriebenen Beschichtungsverfahren auf ein erstes transparentes Substrat aufgebracht. Anschliessen wird das erste transparente Substrat an der Oberfläche des Interferenzschichtsystems mit einem zweiten transparenten Substrat verkittet. Vorzugsweise handelt es sich sowohl bei dem ersten transparenten Substrat als auch bei dem zweiten transparenten Substrat um 90° Prismen und das Interferenzschichtsystem wird vorzugsweise auf der Hypotenusenfläche beschichtet und die 90° Prismen werden an den Hypotenusenflächen verkittet. Besonders bevorzugt sind beide 90° Prismen gleich gross und durch die Verkittung entsteht ein Quader, vorzugsweise ein Würfel.
  • Die Lichteintrittsfläche und/oder Lichteintrittsflächen und/oder zumindest eine der Lichtaustrittsflächen des Polarisationsstrahlteilers können vorteilhaft mit einer Antireflexbeschichtung beschichtet sein.
  • Der verwendete Kitt sollte ein optisch transparenter Kitt sein. Vorzugsweise wird ein Kitt mit einem Brechungsindex nahe dem Brechungsindex der Substrate verwendet. Weicht der Brechungsindex des Kitts vom Brechungsindex des abdeckenden Mediums ab, so kann eine sogenannte Matching-Layer zwischen Kitt und abdeckendem Medium die an dieser Grenzfläche entstehenden Reflexionen mindern. Diese Matching-Layer kann eine einzelne Schicht sein, deren Brechungsindex zwischen dem des Kitts und dem des abdeckenden Mediums liegt. Die Matching - Layer kann aber auch ein auf die Oberfläche des abdeckenden Mediums aufgebrachtes Antireflex-Dünnfilmschichtsystem sein. Das Vorsehen einer Matching-Layer kann insbesondere deswegen notwendig sein, weil Kittfugen in der Regel eine Dicke in der Grössenordnung von zehn oder einigen zehn Mikrometern aufweisen und die Reflexion Ursache für Doppelbilder sein kann.
  • Das beste Kontrastverhältnis eines Interferenzfilterschichtsystem nützt nichts, wenn die Polarisation innerhalb des Stahlteilers nach dem Interferenzfilterschichtsystem ungewollt beeinflusst wird. Eine solche Beeinflussung kann beispielsweise durch Doppelbrechungseigenschaften des verwendeten Substrats vorkommen. Ein grosses Thema ist hierbei die sogenannte Spannungsdoppelbrechung. In der Anwendung wird der Polarisationsstrahlteiler häufig mit einer beträchtlichen, den Strahlteiler aufheizenden Lichtmenge, beaufschlagt. Dadurch kommt es zu thermischen Spannungen innerhalb des Strahlteilers, die dann zur Spannungsdoppelbrechung führen. Eine andere Spannungsquelle ist der Schichtstress, der in der Beschichtung selbst eingebaut ist, und das Substrat unter Spannung setzt. Bevorzugt wird daher ein Substrat- und Deckmediummaterial eingesetzt, das intrinsisch eine sehr geringe Spannungsdoppelbrechung aufweist. Ein geeigneter Kandidat hierfür ist das Glas SF57HT Ultra.
  • Soll eine Vielzahl von solchen Polarisationsstrahlteilern hergestellt werden, so kann bei der Herstellung entsprechend einer Variante vorgegangen werden, in der letztlich Platten beschichtet, gestapelt und formgebend zerschnitten werden. Dies kann beispielsweise entsprechend der US2006/0182062 geschehen oder aber besonders bevorzugt entsprechend der von der Anmelderin angemeldeten DE 10 2021 117 203.9 .
  • Die Erfindung wird im Folgenden mit der Hilfe von nicht einschränkenden Beispielen im Detail und anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
    • 1 zeigt schematisch einen Polarisationsstrahlteiler mit einfallendem Lichtkegel.
    • 2 zeigt das Design eines Interferenzschichtsystems entsprechend dem Stand der Technik.
    • 3 zeigt die Transmission der S-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für das Interferenzschichtsystem entsprechend 2.
    • 4 zeigt die Transmission der P-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für das Interferenzschichtsystem entsprechend 2.
    • 5 zeigt das Design eines Interferenzschichtsystems entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6 zeigt die Transmission der S-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für das Interferenzschichtsystem entsprechend 5.
    • 7 zeigt die Transmission der P-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für das Interferenzschichtsystem entsprechend 5.
    • 8 zeigt das Design eines weiteren Interferenzschichtsystems entsprechend dem Stand der Technik.
    • 9 zeigt die Transmission der S-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für das Interferenzschichtsystem entsprechend 8.
    • 10 zeigt die Transmission der P-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für das Interferenzschichtsystem entsprechend 8.
    • 11 zeigt das Design eines weiteren Interferenzschichtsystems entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 12 zeigt die Transmission der S-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für das Interferenzschichtsystem entsprechend 11.
    • 13 zeigt die Transmission der P-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für das Interferenzschichtsystem entsprechend 11.
    • 14 zeigt die Brechwerte und die Absorptionskoeffizienten in Abhängigkeit der Wellenlänge für SiO2, Nb2O5 und das angenommene Reaktionsmischprodukt, das in diesen Fällen ein Mischoxid ist.
    • 2 ist identisch mit Tabelle 1 am Ende dieser Beschreibung. Bezüge im Text auf
    • 2 gelten daher auch als Bezüge auf Tabelle 1.
    • 5 ist identisch mit Tabelle 2 am Ende dieser Beschreibung. Bezüge im Text auf
    • 5 gelten daher auch als Bezüge auf Tabelle 2.
    • 8 ist identisch mit Tabelle 3 am Ende dieser Beschreibung. Bezüge im Text auf
    • 8 gelten daher auch als Bezüge auf Tabelle 3.
    • 11 ist identisch mit Tabelle 4 am Ende dieser Beschreibung. Bezüge im Text auf
    • 11 gelten daher auch als Bezüge auf Tabelle 4.
  • 1 zeigt schematisch einen Polarisationsstrahlteiler 101 mit einem ersten Prisma 103, das das Substrat bildet, und einem zweiten Prisma 105, das das abdeckende Medium bildet. Auf die Hypotenusenfläche des ersten Prismas 103 ist ein Interferenzfilterschichtsystem 107 aufgebracht. Die Oberfläche des Interferenzfilterschichtsystems 107 ist mittels Kitt 109 an die Hypotenusenfläche des zweiten Prismas 105 gekittet. Kitt 109 und Interferenzfilterschichtsystem sind in Realität viel dünner und nur zu Veranschaulichung so dick dargestellt.
  • 1 zeigt auch, ebenfalls schematisch, den Einfall eines Lichtkegels in den Polarisationsstahlteiler. Der Pfeil mit der Notifikation S+P soll anzeigen, dass es sich um Licht mit beiden Polarisationsrichtungen S und P handelt. Eingezeichnet ist ebenfalls die Normale N auf das Interferenzschichtsystem. Ebenfalls gezeigt sind der kleinste relevante Einfallswinkel αk und der grösste relevante Einfallswinkel αg im Glas. In sämtlichen Figuren beziehen sich die gezeigten Einfallswinkel auf den Einfallswinkel im Glas. Schematisch angedeutet ist zusätzlich, dass lediglich P-polarisiertes Licht transmittiert wird und S-polarisiertes Licht reflektiert wird.
  • Im Folgenden werden nun unterschiedliche Designs für Interferenzschichtsysteme angegeben und deren berechnete spektrale Transmissionscharakteristik für unterschiedliche Einfallswinkel (gemessen im Substrat) gezeigt. Dabei wird beim Kitt von einem Brechwert von n=1.56 ausgegangen. Dies würde zum Beispiel der derzeit kommerziell erhältliche optische Kitt NOA72 erfüllen. Die Prismen bestehen in diesen Beispielen aus SF57HTUltra. Für die berechneten Transmissionswerte Tp und Ts wurde lediglich der Übertritt des Lichtes vom Substrat 103 durch das Interferenzschichtsystem 107 in den Kitt 109 berücksichtigt. Andere Grenzflächen, beispielsweise zur Luft oder vom Kitt zum abdeckenden Medium, wurden nicht berücksichtigt. Eine Absorption im Glas oder im Kitt wurde in den Simulationen nicht berücksichtigt.
  • Bei den in den Figuren angegebenen Designs ist die Schicht Nummer 1 am Kitt und die Schichtnummer aufsteigend zum Glas hin aufgelistet.
  • In den Beispielen werden die spektralen Eigenschaften eines auf herkömmliche Art und Weise entworfenen Interferenzfilterschichtsystems mit dem eines erfinderischen Interferenzfilterschichtsystems verglichen. Das auf herkömmliche Art und Weise entworfene System ist dabei jeweils ein System aus zwei Materialien. Um den Herstellungsaufwand vergleichbar zu machen, werden ungefähr vergleichbare Anzahlen von Schichten und Gesamtschichtdicke betrachtet. Der Fokus bei den beiden Beispielen liegt auf einem grossen Spektralbereich im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums sowie grossen Winkelbereichen.
  • Erster Vergleich:
  • 2 gibt dementsprechend in Tabellenform das Schichtdesign eines Polarisationsstrahlteilers an, der entsprechend dem Vorgehen entsprechend dem Stand der Technik gefunden wurde. Als niederbrechendes Schichtmaterial wurde SiO2, als hochbrechendes Material wurde Nb2O5 gewählt. Die entsprechenden Brechwerte bzw. Dispersionen sind der 14 zu entnehmen. Das Schichtsystem besteht aus 47 Schichten, die eine Gesamtdicke von 3699 nm aufweisen.
  • 3 zeigt die Transmission der S-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für einen spektralen Bereich von 450nm bis 650 nm für die Einfallswinkel 40°, 42°, 45°, 47° und 50°. Während die Transmissionen für 45° und 47° immer unterhalb 4% bleiben ist dies bei den anderen Winkeln nicht der Fall. Insbesondere fällt auf, dass für 50° Einfallswinkel bei einer Wellenlänge von 650nm die Transmission der S-Polarisation auf 20% steigt.
  • 4 zeigt die Transmission der P-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für einen spektralen Bereich von 450nm bis 650 nm für die Einfallswinkel 40°, 42°, 45°, 47° und 50°. Hier wird sichtbar, dass vor allem die „extremen“ Winkel 40° und 50° Einbrüche in der Transmission aufweisen.
  • 5 zeigt demgegenüber ein erfindungsgemässes Design eines Interferenzfilterschichtsystems für einen Polarisationsstrahlteiler. Die gewählten Materialien sind SiO2, Nb2O5 und ein Mischoxid aus diesen beiden. Die Dispersionskurven (Brechungsindex und Absorption) sind wiederum der 14 zu entnehmen. Unter der Annahme, dass der Brechwert des Mischoxids linear von den Anteilen des SiO2, Nb2O5 abhängig ist (siehe hierzu z.B. Rademacher et al, Applied Optics 51 (2021) 8048), ergibt sich für das Mischoxid ungefähr folgende Summenformel: Si0.18Nb0.13O0.69. Dies ist ein Interferenzfilterschichtsystem mit 58 Schichten, das allerdings eine Gesamtschichtdicke aufweist, die mit 3500.7 nm deutlich unter dem System der 2 liegt.
  • 6 zeigt die Transmission der S-Polarisation in Abhängigkeit der Wellenlänge für einen spektralen Bereich von 450nm bis 650 nm für die Einfallswinkel 40°, 42°, 45°, 47° und 50°. Die Transmissionskurven liegen für alle berechneten Winkel überall deutlich unter 3%. Es fällt insbesondere der ruhige, wenig wellige, fast schon glatte Verlauf auf.
  • Auch bei den berechneten Transmissionskurven für die P-Polarisation ist der ruhige Verlauf auffallend. Die allermeisten Werte liegen über 92%. Lediglich für einen Einfallswinkel von 40° gerät der Transmissionswert bei einer Wellenlänge von 650nm leicht unter 92%.
  • Im Vergleich zum Stand der Technik zeigt das hier gezeigte erfinderische Interferenzfilterschichtsystem eine deutlich bessere Funktion und dies noch bei geringerer Gesamtschichtdicke und damit günstigerer Produktion.
  • Zweiter Vergleich
  • 8 zeigt das Design eines 83 Schichten umfassenden Schichtsystems basierend auf SiO2 und Nb2O5, wobei die Gesamtschichtdicke 4864.2nm beträgt. Fokus wurde in diesem Beispiel auf den kurzwelligen Kontrast bis hinunter zu 420nm gelegt.
  • 9 und 10 zeigen die Transmissionskurven für einen Wellenlängenbereich von 420nm bis 670nm für die Einfallswinkel 37°, 40°, 42°, 45°, 47°, 50° und 53°. Dies für die S-Polarisation (9) und für die P-Polarisation (10).
  • Dies ist zu vergleichen mit dem erfinderischen Design entsprechend der 11. Dieses umfasst mit 81 Schichten weniger Schichten als das Vergleichsdesign, allerdings bei einer Gesamtschichtdicke, die mit 5381.1 nm ein wenig höher liegt als diejenige des Vergleichsdesigns.
  • Die 12 und 13 zeigen wiederum die Transmissionscharakteristika. Im kurzwelligen Fokusbereich scheint das konventionelle Schichtsystem ein wenig besser abzuschneiden während über den restlichen Wellenlängenbereich das erfindungsgemässe Schichtsystem eine ruhigere und auch deutlich bessere Charakteristik offenbart. Dabei sollte angemerkt werden, dass die in 9 deutlich zu sehenden Transmissionspeaks auf ein sehr intolerantes Design in Bezug auf Schichtdickenabweichungen hinweisen. Diese Peaks sind im erfindungsgemässen Design nicht zu beobachten.
  • Es wurde ein Polarisationsstrahlteiler mit einem Interferenzschichtsystem offenbart das Interferenzschichtsystem umfassend:
    • - eine erste Anzahl Schichten eines ersten Reaktionsproduktes R1,
    • - eine zweite Anzahl Schichten eines zweiten Reaktionsproduktes R2 und
    • - eine dritte Anzahl Schichten eines dritten Reaktionsproduktes R3,
    wobei die erste, zweite und dritte Anzahl jeweils grösser als eins ist und
    • - das erste Reaktionsprodukt R1 das Produkt der Reaktion eines ersten metallischen Materials M1 mit einem ersten Reaktivgas ist und
    • - das zweite Reaktionsprodukt R2 das Produkt der Reaktion eines zweiten metallischen Materials M1 mit einem zweiten Reaktivgas ist und
    • - das dritte Reaktionsprodukt R3 das Produkt der Reaktion eines dritten metallischen Materials M3 mit einem dritten Reaktivgas ist
    wobei sich das erste metallische Material M1 vom zweiten metallischen Material M2 in seinen chemischen Elementen unterscheidet.
  • Das dritte metallische Material M3 umfasst das erste metallische Material M1 als Komponente und das dritte metallische Material M3 umfasst auch das zweite metallische Material M2 als Komponente. Somit das dritte Reaktionsprodukt R3 ein Reaktionsmischprodukt R3.
  • Der Polarisationsstrahlteiler kann so aufgebaut sein, dass im ersten, zweiten und dritten Reaktionsprodukt R1, R2, R3 qualitativ dieselben nichtmetallischen Bestandteile vorhanden sind.
  • Dabei können die nichtmetallischen Bestandteile im ersten, zweiten und dritten Reaktionsprodukt R1, R2, R3 Sauerstoff umfassen und sind vorzugsweise Sauerstoff, womit das dritte Reaktionsprodukt ein Mischoxid wäre.
  • Der Polarisationsstrahlteiler kann so aufgebaut sein, dass das Interferenzfilterschichtsystem auf der Hypotenusenfläche eines 90° ersten Prismas aufgebracht ist und diese Hypotenusenfläche mit der Hypotenusenfläche eines zweiten 90° Prismas verkittet ist, dergestalt, dass die verkitteten Prismen einen Quader bilden.
  • Dabei kann der zum Verkitten der Prismen verwendete Kitt einen anderen Brechungsindex als das zweite 90° Prisma aufweisen und zwischen dem Kitt und dem zweiten 90° Prisma kann eine Anpassungsschicht zu Minderung der Reflexion zwischen Kitt und zweitem 90° Prisma vorgesehen sein.
  • Der Polarisationsstrahlteiler kann so aufgebaut sein, dass das erste Reaktionsprodukt und/oder das zweite Reaktionsprodukt ebenfalls ein Reaktionsmischprodukt ist.
  • Es wurde ein Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsstrahlteilers offenbart, umfassend die Schritte
    • - Bereitstellen eines Substrats
    • - Beschichten des Substrats mit einem Interferenzfilterschichtsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche
    • - Verkitten des Substrats mit einem das Interferenzfiltersystem abdeckenden Medium.
  • Das Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass die Beschichtung des Substrats mittels eine Sputterbeschichtung mit einem ersten Target als Materialquelle und einem zweiten Target als Materialquelle durchgeführt wird, wobei die Reaktion der zerstäubten Partikel mit dem Reaktivgas zu einem Reaktionsprodukt zumindest teilweise räumlich getrennt vom den Targets durchgeführt wird.
  • Dabei kann das erste Target ein Siliziumtarget sein und das zweite Target ein Niobium -Target oder ein Niobium-Suboxid-Target sein.
  • Dabei kann das Reaktivgas Sauerstoff als Hauptbestandteil enthalten und die entstehenden Reaktionsprodukte können Oxide sein.
  • Das offenbarte Verfahren kann in einem Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Polarisationsstahlteilern angewendet werden, wobei erste Platten entsprechend beschrieben werden und diese Platten dann in einem weiteren Schritt zu einem Stapel verkittet werden und der Stapel anschliessend zunächst in zweite Platten und diese dann in Quaderstangen vereinzelt werden, dergestalt dass die beschichteten Oberflächen Diagonalflächen der Quaderstangen bilden. Tabelle 1
    Design 1A
    Schichtnummer Material Schichtdicke [nm] Schichtnummer Material Schichtdicke [nm]
    1 Nb2O5 111.5 25 Nb2O5 159.6
    2 SiO2 129.7 26 SiO2 58.4
    3 Nb2O5 34.2 27 Nb2O5 4.2
    4 SiO2 186.5 28 SiO2 16.2
    5 Nb2O5 49.2 29 Nb2O5 153.2
    6 SiO2 166.9 30 SiO2 97.0
    7 Nb2O5 39.5 31 Nb2O5 39.0
    8 SiO2 144.6 32 SiO2 78.8
    9 Nb2O5 154.0 33 Nb2O5 52.3
    10 SiO2 116.1 34 SiO2 71.7
    11 Nb2O5 40.0 35 Nb2O5 37.8
    12 SiO2 103.4 36 SiO2 88.6
    13 Nb2O5 46.0 37 Nb2O5 25.0
    14 SiO2 13.6 38 SiO2 49.1
    15 Nb2O5 100.2 39 Nb2O5 141.2
    16 SiO2 61.2 40 SiO2 31.5
    17 Nb2O5 157.0 41 Nb2O5 15.5
    18 SiO2 89.7 42 SiO2 26.3
    19 Nb2O5 29.8 43 Nb2O5 153.4
    20 SiO2 104.9 44 SiO2 78.2
    21 Nb2O5 21.2 45 Nb2O5 39.8
    22 SiO2 73.3 46 SiO2 50.0
    23 Nb2O5 151.8 47 Nb2O5 44.1
    24 SiO2 64.0
    Tabelle 2
    Design 1B
    Schichtnummer Material Schichtdicke [nm] Schichtnummer Material Schichtdicke [nm]
    1 SiO2 103.3 30 Mischoxid 132.8
    2 Nb2O5 22.8 31 Nb2O5 105.7
    3 Mischoxid 17.2 32 Mischoxid 28.9
    4 SiO2 181.6 33 Nb2O5 9.0
    5 Nb2O5 36.9 34 Mischoxid 69.0
    6 Mischoxid 13.8 35 SiO2 20.1
    7 SiO2 137.9 36 Nb2O5 48.5
    8 Nb2O5 40.7 37 SiO2 23.7
    9 SiO2 207.7 38 Nb2O5 47.6
    10 Mischoxid 12.5 39 Mischoxid 96.6
    11 Nb2O5 30.1 40 Nb2O5 13.3
    12 SiO2 124.2 41 Mischoxid 30.4
    13 Mischoxid 13.1 42 Nb2O5 35.9
    14 Nb2O5 97.9 43 SiO2 15.4
    15 Mischoxid 96.9 44 Nb2O5 52.4
    16 SiO2 37.4 45 Mischoxid 82.8
    17 Nb2O5 93.8 46 Nb2O5 14.5
    18 Mischoxid 13.8 47 Mischoxid 48.9
    19 SiO2 15.1 48 Nb2O5 40.6
    20 Mischoxid 92.5 49 SiO2 14.9
    21 Nb2O5 91.9 50 Nb2O5 57.2
    22 Mischoxid 92.6 51 Mischoxid 69.0
    23 SiO2 17.1 52 Nb2O5 22.9
    24 Mischoxid 47.7 53 Mischoxid 54.2
    25 Nb2O5 90.0 54 Nb2O5 31.0
    26 Mischoxid 150.0 55 SiO2 13.1
    27 Nb2O5 104.0 56 Nb2O5 49.1
    28 Mischoxid 128.6 57 Mischoxid 31.2
    29 Nb2O5 108.9 58 Nb2O5 22.0
    Tabelle 3
    Design 2A Design 2A Design 2A
    Schichtnummer Material Schichtdicke [nm] Schichtnummer Material Schichtdicke [nm] Schichtnummer Material Schichtdicke [nm]
    1 Nb2O5 125.6 31 Nb2O5 13.8 61 Nb2O5 5.2
    2 SiO2 57.6 32 SiO2 21.1 62 SiO2 24.5
    3 Nb2O5 130.5 33 Nb2O5 12.4 63 Nb2O5 5.9
    4 SiO2 19.7 34 SiO2 100.6 64 SiO2 18.5
    5 Nb2O5 126.8 35 Nb2O5 43.5 65 Nb2O5 149.0
    6 SiO2 71.9 36 SiO2 88.5 66 SiO2 86.9
    7 Nb2O5 140.0 37 Nb2O5 53.8 67 Nb2O5 41.8
    8 SiO2 104.9 38 SiO2 78.3 68 SiO2 111.5
    9 Nb2O5 29.7 39 Nb2O5 62.8 69 Nb2O5 49.0
    10 SiO2 84.1 40 SiO2 56.4 70 SiO2 96.7
    11 Nb2O5 13.7 41 Nb2O5 69.5 71 Nb2O5 37.1
    12 SiO2 24.9 42 SiO2 53.5 72 SiO2 85.2
    13 Nb2O5 18.4 43 Nb2O5 66.0 73 Nb2O5 9.2
    14 SiO2 17.3 44 SiO2 81.1 74 SiO2 25.1
    15 Nb2O5 129.5 45 Nb2O5 47.4 75 Nb2O5 10.0
    16 SiO2 67.8 46 SiO2 108.3 76 SiO2 25.8
    17 Nb2O5 47.1 47 Nb2O5 36.5 77 Nb2O5 9.4
    18 SiO2 81.8 48 SiO2 9.9 78 SiO2 102.0
    19 Nb2O5 62.6 49 Nb2O5 10.0 79 Nb2O5 31.8
    20 SiO2 41.7 50 SiO2 80.8 80 SiO2 83.3
    21 Nb2O5 70.2 51 Nb2O5 54.8 81 Nb2O5 41.9
    22 SiO2 77.2 52 SiO2 71.0 82 SiO2 15.0
    23 Nb2O5 50.0 53 Nb2O5 57.7 83 Nb2O5 52.3
    24 SiO2 79.4 54 SiO2 81.0
    25 Nb2O5 57.3 55 Nb2O5 55.8
    26 SiO2 89.3 56 SiO2 88.6
    27 Nb2O5 38.7 57 Nb2O5 50.5
    28 SiO2 113.8 58 SiO2 105.3
    29 Nb2O5 11.1 59 Nb2O5 40.4
    30 SiO2 22.7 60 SiO2 42.6
    Tabelle 4
    Design 2B
    Schichtnummer Material Schichtdicke [nm] Schichtnummer Material Schichtdicke [nm] Schichtnummer Material Schichtdicke [nm]
    1 SiO2 77.1 28 SiO2 76.5 55 SiO2 68.2
    2 Nb2O5 25.7 29 Nb2O5 34.2 56 Nb2O5 29.8
    3 SiO2 104.4 30 Mischoxid 37.7 57 SiO2 90.2
    4 Mischoxid 46.1 31 SiO2 59.3 58 Nb2O5 32.7
    5 SiO2 122.0 32 Nb2O5 44.5 59 SiO2 58.6
    6 Nb2O5 30.3 33 Mischoxid 36.9 60 Nb2O5 109.7
    7 SiO2 155.9 34 SiO2 54.8 61 Mischoxid 6.7
    8 Nb2O5 32.8 35 Nb2O5 55.2 62 Nb2O5 40.5
    9 SiO2 101.2 36 SiO2 22.3 63 SiO2 33.1
    10 Mischoxid 31.4 37 Nb2O5 55.2 64 Nb2O5 130.1
    11 SiO2 116.8 38 Mischoxid 77.4 65 Mischoxid 36.4
    12 Nb2O5 27.2 39 Nb2O5 106.1 66 Nb2O5 11.0
    13 SiO2 133.4 40 Mischoxid 150.5 67 SiO2 35.4
    14 Mischoxid 29.1 41 Nb2O5 94.2 68 Mischoxid 103.5
    15 SiO2 76.8 42 Mischoxid 153.6 69 SiO2 30.0
    16 Nb2O5 32.3 43 Nb2O5 92.0 70 Mischoxid 81.8
    17 SiO2 113.2 44 Mischoxid 167.9 71 Nb2O5 12.5
    18 Mischoxid 24.5 45 Nb2O5 102.6 72 Mischoxid 47.3
    19 Nb2O5 35.1 46 SiO2 46.6 73 Nb2O5 79.3
    20 SiO2 89.8 47 Mischoxid 24.2 74 SiO2 16.7
    21 Nb2O5 24.3 48 Nb2O5 27.9 75 Nb2O5 30.5
    22 Mischoxid 40.2 49 SiO2 86.4 76 Mischoxid 261.6
    23 SiO2 122.8 50 Nb2O5 34.4 77 SiO2 11.4
    24 Nb2O5 44.2 51 SiO2 67.2 78 Nb2O5 9.0
    25 SiO2 113.2 52 Nb2O5 147.5 79 Mischoxid 89.9
    26 Nb2O5 33.4 53 SiO2 40.0 80 Nb2O5 11.9
    27 Mischoxid 27.1 54 Nb2O5 149.0 81 Mischoxid 35.9
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (11)

  1. Polarisationsstrahlteiler mit einem Interferenzschichtsystem, das Interferenzschichtsystem umfassend: - eine erste Anzahl Schichten eines ersten Reaktionsproduktes R1, - eine zweite Anzahl Schichten eines zweiten Reaktionsproduktes R2 und - eine dritte Anzahl Schichten eines dritten Reaktionsproduktes R3, wobei die erste, zweite und dritte Anzahl jeweils grösser als eins ist und - das erste Reaktionsprodukt R1 das Produkt der Reaktion eines ersten metallischen Materials M1 mit einem ersten Reaktivgas ist und - das zweite Reaktionsprodukt R2 das Produkt der Reaktion eines zweiten metallischen Materials M1 mit einem zweiten Reaktivgas ist und - das dritte Reaktionsprodukt R3 das Produkt der Reaktion eines dritten metallischen Materials M3 mit einem dritten Reaktivgas ist wobei sich das erste metallische Material M1 vom zweiten metallischen Material M2 in seinen chemischen Elementen unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte metallische Material M3 das erste metallische Material M1 als Komponente umfasst und das dritte metallische Material M3 auch das zweite metallische Material M2 als Komponente umfasst und somit das dritte Reaktionsprodukt R3 ein Reaktionsmischprodukt R3 ist.
  2. Polarisationsstrahlteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten, zweiten und dritten Reaktionsprodukt R1, R2, R3 qualitativ dieselben nichtmetallischen Bestandteile vorhanden sind.
  3. Polarisationsstrahlteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallischen Bestandteile im ersten, zweiten und dritten Reaktionsprodukt R1, R2, R3 Sauerstoff umfassen und vorzugsweise Sauerstoff sind, womit das dritte Reaktionsprodukt ein Mischoxid ist.
  4. Polarisationsstrahlteiler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Interferenzfilterschichtsystem auf der Hypotenusenfläche eines 90° ersten Prismas aufgebracht ist und diese Hypotenusenfläche mit der Hypotenusenfläche eines zweiten 90° Prismas verkittet ist, dergestalt, dass die verkitteten Prismen einen Quader bilden.
  5. Polarisationsstahlteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Verkitten der Prismen verwendete Kitt einen anderen Brechungsindex als das zweite 90° Prisma aufweist und zwischen dem Kitt und dem zweiten 90° Prisma eine Anpassungsschicht zu Minderung der Reflexion zwischen Kitt und zweitem 90° Prisma vorgesehen ist.
  6. Polarisationsstrahlteiler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reaktionsprodukt und/oder das zweite Reaktionsprodukt ebenfalls ein Reaktionsmischprodukt ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsstrahlteilers, umfassend die Schritte - Bereitstellen eines Substrats - Beschichten des Substrats mit einem Interferenzfilterschichtsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche - Verkitten des Substrats mit einem das Interferenzfiltersystem abdeckenden Medium.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Substrats mittels eine Sputterbeschichtung mit einem ersten Target als Materialquelle und einem zweiten Target als Materialquelle durchgeführt wird, wobei die Reaktion der zerstäubten Partikel mit dem Reaktivgas zu einem Reaktionsprodukt zumindest teilweise räumlich getrennt vom den Targets durchgeführt wird.
  9. Sputterbeschichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Target ein Siliziumtarget ist und das zweite Target ein Niobium -Target oder ein Niobium-Suboxid-Target ist.
  10. Sputterbeschichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktivgas Sauerstoff als Hauptbestandteil enthält und die entstehenden Reaktionsprodukte Oxide sind.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Polarisationsstahlteilern, wobei erste Platten gemäss einem der vorangehenden Ansprüche 7 bis 10 beschichtet werden, diese Platten dann in einem weiteren Schritt zu einem Stapel verkittet werden und der Stapel anschliessend zunächst in zweite Platten und diese dann in Quaderstangen vereinzelt werden, dergestalt dass die beschichteten Oberflächen Diagonalflächen der Quaderstangen bilden.
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