DE102021202733A1

DE102021202733A1 - Optische Strahlkombiniervorrichtung

Info

Publication number: DE102021202733A1
Application number: DE102021202733.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Pinter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2022-09-22
Also published as: WO2022199903A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Strahlkombiniervorrichtung (1a), aufweisend ein erstes Trägersubstrat (2) und ein erstes Umlenkelement (3), welches dazu ausgebildet ist, erste auf das erste Umlenkelement (3) auftreffende Lichtstrahlen (7) einer ersten Wellenlänge in einem definierten ersten Umlenkwinkel umzulenken. Zusätzlich umfasst die Strahlkombiniervorrichtung (1a) ein drittes Umlenkelement (6), welches dazu ausgebildet ist, dritte auf das dritte Umlenkelement (6) auftreffende Lichtstrahlen (10a, 10b) in einem definierten dritten Umlenkwinkel umzulenken. Die dritten Lichtstrahlen (10a, 10b) umfassen hierbei die ersten (7) und zweite Lichtstrahlen (8) zweiter Wellenlänge. Das erste Trägersubstrat (2) weist auf einer Vorderseite eine erste streifenförmige Vertiefung auf, welche eine erste Flanke (24a) unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche (27) und eine zweite, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche (27) verlaufende Flanke (26a) aufweist. Zusätzlich weist das erste Trägersubstrat (2) auf der Vorderseite eine dritte streifenförmige Vertiefung auf, welche parallel zu der ersten Vertiefung des ersten Trägersubstrats verläuft und eine fünfte Flanke (24d) unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche (27), sowie eine sechste, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche (27) verlaufende, Flanke (26d) aufweist. Zudem weist das Trägersubstrat (2) eine weitere vierte Vertiefung auf, die senkrecht zu der ersten und dritten Vertiefung verläuft. Das erste Umlenkelement (3) ist auf der ersten Flanke (24a) angeordnet und das dritte Umlenkelement (6) ist auf der fünften Flanke (24d) angeordnet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine optische Strahlkombiniervorrichtung, welche beispielsweise als optische Strahlteilervorrichtung oder optische Strahlvereinigervorrichtung ausgebildet ist. Zudem betrifft die Erfindung ein optisches System mit der optischen Strahlkombiniervorrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Strahlkombiniervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung des optischen Systems.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung „N I R micro beam-splitter by saw-dicing of glass substrate for Optical Coherence Tomography“ von M.J. Maciel beschreibt einen optische Strahlteilervorrichtung, bei der eine auf ein Glassubstrat aufgebrachte teilreflektierende metallische Schicht als Reflektor des Strahlteilers dient.
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine optische Strahlkombiniervorrichtung in Form beispielsweise eines Strahlteilers oder eines Strahlvereinigers mit einer höheren optischen Güte zu erzeugen.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird eine optische Strahlkombiniervorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Zudem wird ein optisches System gemäß Anspruch 15 vorgeschlagen. Außerdem werden ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Strahlkombiniervorrichtung gemäß Anspruch 16 und ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems gemäß Anspruch 18 vorgeschlagen.
Die optische Strahlkombiniervorrichtung, welche insbesondere als optische Strahlteilervorrichtung oder optische Strahlvereinigervorrichtung ausgebildet ist, weist ein erstes Trägersubstrat und ein erstes Umlenkelement auf. Das erste Umlenkelement ist insbesondere als Reflexionselement ausgebildet. Das erste Umlenkelement ist dazu ausgebildet, erste auf das erste Umlenkelement auftreffende Lichtstrahlen einer ersten Wellenlänge, insbesondere einer Wellenlänge roten Lichts, in einem definierten ersten Umlenkwinkel umzulenken. Zudem weist die optische Strahlkombiniervorrichtung ein drittes Umlenkelement auf, welches insbesondere ebenfalls als Reflexionselement ausgebildet ist. Insbesondere ist das dritte Umlenkelement auch teiltransparent ausgebildet. Das dritte Umlenkelement ist dazu ausgebildet ist, dritte auf das dritte Umlenkelement auftreffende Lichtstrahlen in einem definierten dritten Umlenkwinkel umzulenken. Die dritten Lichtstrahlen umfassen hierbei die ersten Lichtstrahlen der ersten Wellenlänge und zweite Lichtstrahlen zweiter Wellenlänge. Der dritte Lichtstrahl vereinigt entsprechend die Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge und stellt somit auch einen kombinierten dritten Lichtstrahl dar. Falls das dritte Umlenkelement teiltransparent ausgebildet ist, kann es beispielsweise vorkommen, dass Lichtstrahlen einer der ersten und zweiten Wellenlänge unterschiedlichen Wellenlänge unverändert von dem dritten Umlenkelement transmittiert werden. Das erste Trägersubstrat weist auf einer Vorderseite eine erste streifenförmige, insbesondere in einer ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats verlaufende, Vertiefung auf, welche, insbesondere in Z-Richtung, eine erste Flanke unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche und eine zweite, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche verlaufende, insbesondere der ersten Flanke gegenüberliegende, Flanke aufweist. Das weist weiterhin auf der Vorderseite eine dritte streifenförmige, insbesondere in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats, parallel zu der ersten Vertiefung des ersten Trägersubstrats verlaufende Vertiefung auf. Die dritte Vertiefung weist, insbesondere in Z-Richtung, eine fünfte Flanke unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche und eine sechste, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche verlaufende, insbesondere der fünften Flanke gegenüberliegende, Flanke auf. Zusätzlich weist das erste Trägersubstrat wenigstens eine streifenförmige, insbesondere in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats verlaufende, vierte Vertiefung auf. Diese vierte Vertiefung verläuft senkrecht zu der ersten und dritten Vertiefung. Insbesondere verläuft die vierte Vertiefung ebenfalls in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats. Das erste Umlenkelement ist auf der ersten Flanke der ersten Vertiefung angeordnet. Zumindest teilweise ist das erste Umlenkelement ebenfalls in oder oberhalb der vierten Vertiefung angeordnet und deckt die vierte Vertiefung somit zumindest teilweise gegenüber einer äußeren Umgebung der Strahlkombiniervorrichtung ab. Das dritte Umlenkelement ist auf der fünften Flanke der dritten Vertiefung angeordnet. Auch hier ist das dritte Umlenkelement zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung angeordnet und deckt die vierte Vertiefung somit zumindest teilweise gegenüber einer äußeren Umgebung der Strahlkombiniervorrichtung ab. Durch das separate Anordnen von Umlenkelementen auf den 45° Flanken des ersten Trägersubstrats wird eine hohe optische Güte der zumindest teilreflektierenden Oberflächen der Umlenkelemente ermöglicht. Vorzugsweise handelt es sich bei den Umlenkelementen um planparallele Scheiben, die, insbesondere in einem Substratverbund, mit hoher optischer Güte hergestellt werden können.
Vorzugsweise ist zusätzlich ein zweites, insbesondere teiltransparentes, Umlenkelement, insbesondere Reflexionselement, vorgesehen. Das zweite Umlenkelement ist hierbei dazu ausgebildet ist, die zweiten auf das zweite Umlenkelement auftreffende Lichtstrahlen der zweiten Wellenlänge, insbesondere einer Wellenlänge grünen Lichts, in einem definierten zweiten Umlenkwinkel umzulenken. Bei dem definierten zweiten Umlenkwinkel handelt es sich insbesondere um den definierten ersten Umlenkwinkel. In diesem Zusammenhang weist das erste Trägersubstrat auf der Vorderseite eine zweite streifenförmige, insbesondere in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats, parallel zu der ersten Vertiefung des ersten Trägersubstrats verlaufende Vertiefung auf. Die zweite Vertiefung weist, insbesondere in Z-Richtung, eine dritte Flanke unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche und eine vierte, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche verlaufende, insbesondere der dritten Flanke gegenüberliegende, Flanke auf. Bevorzugt ist das zweite Umlenkelement in Haupterstreckungsrichtung der vierten Vertiefung, insbesondere in X-Richtung, in einem Bereich zwischen dem ersten und dritten Umlenkelement angeordnet.
Bevorzugt ist die optische Strahlkombiniervorrichtung als Strahlvereinigervorrichtung ausgebildet. Eine Strahlvereinigervorrichtung dient dazu, zuvor einzeln verlaufende Strahlen zu einem Gesamtstrahl zu vereinigen. Das erste Umlenkelement ist in diesem Zusammenhang dazu ausgebildet ist, die ersten auf das erste Umlenkelement auftreffenden Lichtstrahlen der ersten Wellenlänge in dem definierten ersten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem ersten Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen ersten Umlenkwinkel der ersten Lichtstrahlen, in Richtung des zweiten und dritten Umlenkelements umzulenken. Das zweite Umlenkelement ist dazu ausgebildet, die zweiten auf das zweite Umlenkelement auftreffenden Lichtstrahlen der zweiten Wellenlänge in dem definierten zweiten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem zweiten Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen zweiten Umlenkwinkel der zweiten Lichtstrahlen, in Richtung des dritten Umlenkelements umzulenken. Das dritte Umlenkelement dient dazu, die, die ersten und zweiten Lichtstrahlen umfassenden, auf das dritte Umlenkelement auftreffenden dritten Lichtstrahlen in dem definierten dritten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem dritten Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen dritten Umlenkwinkel der dritten Lichtstrahlen, in eine äußere Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung umzulenken. Bevorzugt ist die dritte Umlenkeinheit dazu ausgebildet, die dritten Lichtstrahlen in horizontaler Richtung, insbesondere in x-Richtung, zu transmittieren. Die dritten Lichtstrahlen werden also durch das dritte Umlenkelement nicht noch zusätzlich umgelenkt, sondern durchstrahlen das dritte Umlenkelement unverändert in horizontaler Richtung.
Alternativ zu der zuvor beschriebenen Ausführung als Strahlvereinigervorrichtung ist die Strahlkombiniervorrichtung vorzugsweise als Strahlteilervorrichtung ausgebildet. In diesem Zusammenhang ist das dritte Umlenkelement dazu ausgebildet, die aus der äußeren Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung auf das dritte Umlenkelement auftreffenden dritten Lichtstrahlen in dem definierten dritten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem vierten Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen dritten Umlenkwinkel der dritten Lichtstrahlen, in Richtung des ersten und zweiten Umlenkelements umzulenken. Das zweite Umlenkelement ist hierbei dazu ausgebildet, die Lichtstrahlen der zweiten Wellenlänge in dem definierten zweiten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem fünften Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen zweiten Umlenkwinkel der zweiten Lichtstrahlen, in Richtung der äußeren Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung umzulenken. Das erste Umlenkelement ist dazu ausgebildet, die Lichtstrahlen der ersten Wellenlänge in dem definierten ersten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem sechsten Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen ersten Umlenkwinkel der ersten Lichtstrahlen, in Richtung der äußeren Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung umzulenken.
Vorzugsweise ist weiterhin ein viertes Umlenkelement zur Umlenkung von vierten Lichtstrahlen einer dritten Wellenlänge, insbesondere einer Wellenlänge blauen Lichts, vorgesehen. Dieses vierte Umlenkelement ist bevorzugt in der Haupterstreckungsrichtung der vierten Vertiefung, insbesondere in X-Richtung, in einem Bereich zwischen dem ersten und dritten Umlenkelement angeordnet. In diesem Fall umfassen die Lichtstrahlen zusätzlich die vierten Lichtstrahlen der dritten Wellenlänge.
Vorzugsweise treffen die ersten und zweiten Lichtstrahlen, insbesondere bei einer optischen Strahlteilervorrichtung als optische Strahlkombiniervorrichtung, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche auf das erste und/oder zweite Umlenkelement auf. Alternativ treffen die dritten Lichtstrahlen, insbesondere bei einer Strahlvereinigervorrichtung als optische Strahlkombiniervorrichtung, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche auf das dritte Umlenkelement auf.
Bevorzugt weist das erste Trägersubstrat an einer Unterseite des ersten Trägersubstrats ein erstes Durchgangsloch, insbesondere ein erstes Durchgangsloch mit einem kreisrunden Querschnitt in einer zweiten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats auf. Das erste Durchgangsloch ist insbesondere zum Transmittieren der dritten Lichtstrahlen ausgebildet. In diesem Zusammenhang führt das erste Durchgangsloch bevorzugt in Richtung des dritten Umlenkelements. An einem Boden der vierten Vertiefung ist zusätzlich ein optisches Fenster angeordnet. Alternativ kann das optische Fenster auch auf der Unterseite des ersten Trägersubstrats angeordnet sein. Das optische Fenster dient zum, insbesondere hermetischen, Verschließen des ersten Durchgangslochs. Bevorzugt ist das optische Fenster aus Glas ausgebildet.
Vorzugsweise weist die optische Strahlkombiniervorrichtung zusätzlich Fügemittel zum Befestigen der Umlenkelemente an den Flanken auf. Geeignete Fügemittel stellen vorzugsweise thermisch-, feuchtigkeits- und/oder UV-härtbare Klebstoffe dar, die auf Basis von Epoxidharz, Acrylat, Silikon oder Urethan beruhen.
Bevorzugt sind die Umlenkelemente, insbesondere das erste, zweite, dritte und vierte Umlenkelement, aus Silizium oder Glas ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Umlenkelemente auf einer Oberfläche, insbesondere zum Umlenken der Lichtstrahlen einer bestimmten Wellenlänge, eine zumindest teilreflektierende Schicht auf. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt das optische Fenster aus Silizium oder Glas ausgebildet. Bevorzugt werden die Umlenkelemente und/oder das optische Fenster aus Silizium und/oder Glaswafern hergestellt.
Bevorzugt ist das erste Trägersubstrat als Wafersubstrat ausgebildet. Insbesondere ist das Wafersubstrat in diesem Zusammenhang aus Silizium oder Glas oder Keramik ausgebildet. Dies bietet den Vorteil einer einfachen Herstellung und Integration der weiteren Komponenten der Strahlkombiniervorrichtung.
Vorzugsweise verlaufen die Flanken des ersten Trägersubstrats, insbesondere die 45° Flanken, parallel, insbesondere in parallelen Ebenen, zueinander. Somit ergeben sich Ausführungen der Strahlkombiniervorrichtung, bei der die dritten Lichtstrahlen auf einer Seite das erste Trägersubstrat verlassen oder auf das erste Trägersubstrat auftreffen, die der Seite des Trägersubstrats gegenübersteht, auf der die Lichtstrahlen der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Wellenlänge auf das erste Trägersubstrat auftreffen oder dies verlassen. Alternativ verläuft die fünfte Flanke vorzugsweise senkrecht, insbesondere in einer senkrechten Ebene, zu der ersten und/oder dritten Flanke. Somit ergeben sich Ausführungen der Strahlkombiniervorrichtung, bei der die dritten Lichtstrahlen auf derselben Seite das erste Trägersubstrat verlassen oder auf das erste Trägersubstrat auftreffen, wie der Seite des ersten Trägersubstrats, auf der die Lichtstrahlen der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Wellenlänge auf das erste Trägersubstrat auftreffen oder dies verlassen.
Bevorzugt weist das erste Trägersubstrat an der Unterseite des ersten Trägersubstrats ein zweites Durchgangsloch, insbesondere ein zweites Durchgangsloch mit einem kreisrunden Querschnitt in einer zweiten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats, auf. Das zweite Durchgangsloch führt hierbei zu der ersten Flanke der ersten Vertiefung des ersten Trägersubstrats. Alternativ oder zusätzlich weist das erste Trägersubstrat an der Unterseite des ersten Trägersubstrats ein drittes Durchgangsloch, insbesondere ein drittes Durchgangsloch mit einem kreisrunden Querschnitt in der zweiten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats, auf. Das dritte Durchgangsloch führt hierbei zu der dritten Flanke der ersten Vertiefung des ersten Trägersubstrats. Weiterhin alternativ oder zusätzlich weist erste Trägersubstrat an der Unterseite des ersten Trägersubstrats ein viertes Durchgangsloch, insbesondere ein viertes Durchgangsloch mit einem kreisrunden Querschnitt in der zweiten xy-Ebene des Trägersubstrats, auf. Das vierte Durchgangsloch führt hierbei zu der fünften Flanke der dritten Vertiefung des dritten Trägersubstrats. Die beschriebenen Durchgangslöcher können durch Erzeugung eines Unterdrucks bei der Herstellung der Strahlkombinationsvorrichtung als Ansauglöcher für die auf den 45° Flanken angeordneten Umlenkelemente dienen und somit die Befestigung und Justierung der Umlenkelemente erleichtern. Bevorzugt sind die Durchmesser des zweiten und/oder dritten und/oder vierten Duchgangslochs kleiner, insbesondere wenigstens halb so groß, wie der Durchmesser des ersten Durchgangslochs vorgesehen. Weiterhin vorzugsweise verlaufen das erste und/oder zweite und/oder dritte Durchgangsloch senkrecht zu der Trägersubstratoberfäche, insbesondere der Unterseite des ersten Trägersubstrats.
Vorzugsweise ist das erste Trägersubstrat als Wafer, insbesondere als Siliziumwafer oder Glaswafer, ausgebildet und weist eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, parallel zueinander verlaufenden vierten Vertiefungen und eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten wenigstens ersten, zweiten und dritten Umlenkelementen auf.
Vorzugsweise umfasst die Strahlkombiniervorrichtung auch noch eine Lichterzeugungseinheit, insbesondere eine Lasereinheit, zur Erzeugung der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Lichtstrahlen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Optisches System, welches die zuvor beschriebene Strahlkombiniervorrichtung und wenigstens ein weiteres optisches Strahlformungselement, insbesondere eine Linse und/oder eine Blende und/oder ein Hohlspiegel, aufweist. Die Strahlkombiniervorrichtung weist hierbei das zuvor beschriebene erste Trägersubstrat und das weitere Strahlformungselement weist ein zweites Trägersubstrat auf. Sowohl das erste, wie auch das zweite Trägersubstrat sind hierbei als Wafer, insbesondere Siliziumwafer, ausgebildet. Das erste und zweite Trägersubstrat sind zumindest mittelbar miteinander verbunden. Insbesondere sind das erste und zweite Trägersubstrat übereinander angeordnet. Das Übereinanderstapeln der verschiedenen Wafer vereinfacht die Herstellung des optischen Systems und ermöglicht eine genaue Justierbarkeit der unterschiedlichen Komponenten des optischen Systems zueinander und somit auch eine hohe optische Güte.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der zuvor beschriebenen Strahlkombiniervorrichtung. Hierbei wird zunächst ein erstes Trägersubstrat, insbesondere ausgebildet als Siliziumwafer, bereitgestellt. Folgend wird eine erste, insbesondere in einer ersten xy-Ebene des Trägersubstrats, streifenförmige, Vertiefung auf einer Vorderseite des Trägersubstrats erzeugt. Die erste Vertiefung weist hierbei, insbesondere in Z-Richtung, eine erste Flanke unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche und eine zweite, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche verlaufende, insbesondere der ersten Flanke gegenüberliegende, Flanke auf. Die erste Vertiefung wird insbesondere mittels eines abrasiven Schleifprozesses erzeugt. Darauf folgend wird eine dritte, insbesondere in der ersten xy-Ebene des Trägersubstrats, streifenförmige, parallel zu der ersten Vertiefung auf der Vorderseite des Trägersubstrats verlaufende Vertiefung erzeugt. Hierbei weist die dritte Vertiefung, insbesondere in Z-Richtung, eine fünfte Flanke unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche und eine sechste, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche verlaufende, insbesondere der fünften Flanke gegenüberliegende, Flanke auf. Die dritte Vertiefung wird insbesondere ebenfalls mittels eines abrasiven Schleifprozesses erzeugt. Folgend wird wenigstens eine, insbesondere in der ersten xy-Ebene des Trägersubstrats verlaufende, streifenförmige vierte Vertiefung erzeugt. Die vierte Vertiefung verläuft hierbei senkrecht zu der ersten und dritten Vertiefung und wird insbesondere ebenfalls mittels eines abrasiven Schleifprozesses erzeugt. Daraufhin wird ein erstes Umlenkelement auf der ersten Flanke der ersten Vertiefung befestigt. Hierbei wird das erste Umlenkelement zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung angeordnet. Folgend wird ein drittes Umlenkelement auf der fünften Flanke der dritten Vertiefung befestigt. Auch hier ist dritte Umlenkelement zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung angeordnet. Die Umlenkelemente werden insbesondere mittels einer Bestückmaschine auf der ersten Flanke angeordnet. Zum Befestigen der Umlenkelemente auf den zugehörigen Flanken wird insbesondere ein Klebstoff aufgebracht.
Vorzugsweise erfolgt die Herstellung der Umlenkelemente im Waferformat, auf dem eine Vielzahl von Elementen gleichzeitig hergestellt werden können. Der Wafer, ausgebildet z.B. aus transparentem Glas oder Kunststoff wird hierbei auf der Vorder- und optional auf der Rückseite mit optischen Schichten beschichtet. Auf der einen Seite wird die reflektierende bzw. teilreflektierende Schicht und auf der anderen Seite optional eine Anti-Reflex-Beschichtung aufgebracht. Durch diese Anti-Reflex-Beschichtung werden an der Grenzfläche entstehende Geisterreflexe unterdrückt. Anschließend wird z.B. per Siebdruckverfahren ein Fügemittel lokal aufgebracht und vorgehärtet.
Bevorzugt wird weiterhin eine zweite, insbesondere in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats, streifenförmige, parallel zu der ersten Vertiefung auf der Vorderseite des Trägersubstrats verlaufende Vertiefung erzeugt. Hierbei weist die erzeugte zweite Vertiefung, insbesondere in Z-Richtung, eine dritte Flanke unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche und eine vierte, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche verlaufende, insbesondere der dritten Flanke gegenüberliegende, Flanke auf. Die zweite Vertiefung wird insbesondere mittels eines abrasiven Schleifprozesses erzeugt. Darauf folgend wird ein zweites Umlenkelement auf der dritten Flanke der zweiten Vertiefung befestigt. Das zweite Umlenkelement ist hierbei zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung angeordnet. Auch hierbei wird das dritte Umlenkelemente insbesondere mittels einer Bestückmaschine auf der dritten Flanke angeordnet. Zum Befestigen des dritten Umlenkelements auf der dritten Flanke wird ebenfalls insbesondere ein Klebstoff aufgebracht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung des zuvor beschriebenen optischen Systems. Nachdem die Strahlkombiniervorrichtung mit dem ersten Trägersubstrat, insbesondere ausgebildet aus einem ersten Wafer, und das weitere Strahlformungselement mit dem zweiten Trägersubstrat, insbesondere ausgebildet aus einem zweiten Wafer, bereitgestellt wurden, werden das erste und zweite Trägersubstrat hierbei, insbesondere zumindest mittelbar, miteinander verbunden. Das Verbinden der beiden Trägerwafer erfolgt vorzugsweise mittels Waferalignern und/oder Waferbondern.
Figurenliste

1 zeigt eine Ausführungsform einer optischen Strahlkombiniervorrichtung in Form einer optischen Strahlvereinigervorrichtung.
2 zeigt eine Ausführungsform einer optischen Strahlkombiniervorrichtung in Form einer optischen Strahlteilervorrichtung.
3a bis 3c zeigen ein erstes strukturiertes Trägersubstrat in Form eines Wafersu bstrats.
4a bis 4c zeigen weitere Ausführungsformen einer optischen Strahlkombiniervorrichtung in Form einer optischen Strahlvereinigervorrichtung.
5 zeigt eine Ausführungsform eines optischen Systems.
6 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Strahlkombiniervorrichtung und eines optischen Systems.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine Ausführungsform einer optischen Strahlkombiniervorrichtung 1a in Form einer optischen Strahlvereinigervorrichtung. Hierbei weist die optische Strahlvereinigervorrichtung ein erstes Trägersubstrat 2 auf, welches in dieser Ausführung als Wafersubstrat ausgebildet ist. Zusätzlich weist die optische Strahlvereinigervorrichtung ein erstes Umlenkelement 3 auf, welches in diesem Fall als Spiegelelement ausgebildet ist. Das erste Umlenkelement ist dazu ausgebildet ist, erste auf das erste Umlenkelement auftreffende Lichtstrahlen 7 einer ersten Wellenlänge in einem definierten ersten Umlenkwinkel umzulenken. In diesem Fall handelt es sich bei den ersten Lichtstrahlen 7 um Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge roten Lichts und die ersten Lichtstrahlen treffen senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche 27 auf das erste Umlenkelement 2 auf. Die ersten Lichtstrahlen werden in dieser Ausführung um 90° gegenüber dem ersten Auftreffwinkel in Richtung eines dritten Umlenkelements 6 umgelenkt. Zusätzlich weist die optische Strahlvereinigervorrichtung ein zweites Umlenkelement 4 auf, welches zweite auf das zweite Umlenkelement 4 auftreffende Lichtstrahlen 8 in einem definierten Umlenkwinkel umlenkt. In diesem Fall handelt es sich bei den zweiten Lichtstrahlen 8 um Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge grünen Lichts und die zweiten Lichtstrahlen 8 treffen senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche 27 auf das zweite Umlenkelement 4 auf. Die Lichtstrahlen der ersten Wellenlänge 7 transmittiert das zweite Umlenkelement 4 unverändert und ist somit teiltransparent ausgebildet. Die zweiten Lichtstrahlen 8 werden in dieser Ausführung um 90° gegenüber dem ersten Auftreffwinkel in Richtung des dritten Umlenkelements 6 umgelenkt. Die optische Strahlvereinigervorrichtung weist hierbei zusätzlich ein drittes Umlenkelement auf, welches dazu ausgebildet ist, die auf das dritte Umlenkelement auftreffenden dritten Lichtstrahlen 10a in einem definierten dritten Umlenkwinkel in eine äußere Umgebung der optischen Strahlvereinigervorrichtung umzulenken. Die auf das dritte Umlenkelement auftreffenden Lichtstrahlen 10a und in die äußere Umgebung umgelenkten dritten Lichtstrahlen 10b umfassen die Lichtstrahlen erster und zweiter Wellenlänge. Die dritten Lichtstrahlen 10a werden in dieser Ausführung um 90° gegenüber einem vierten Auftreffwinkel in Richtung der äußeren Umgebung umgelenkt.
Das erste Trägersubstrat 2 weist eine erste Vertiefung 11 auf, die in z-Richtung eine erste Flanke 24a unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche 27 und eine senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche 27 verlaufende, der ersten Flanke gegenüberliegende, zweite Flanke 26a aufweist. Das erste Umlenkelement 3 ist auf der ersten Flanke 26a der ersten Vertiefung 11 angeordnet. Weiterhin weist das erste Trägersubstrat 2 eine dritte, parallel zu der ersten Vertiefung 11 des ersten Trägersubstrats 2 verlaufende Vertiefung 14 auf. Die dritte Vertiefung 14 weist eine fünfte Flanke 24d auf, die unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche 27 verläuft. Weiterhin weist die dritte Vertiefung 14 eine sechste Flanke 26d auf, die senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche 27 verläuft. Das dritte Umlenkelement 6 ist auf der fünften Flanke 24d der dritten Vertiefung 14 angeordnet. Zudem weist das erste Trägersubstrat eine zweite Vertiefung 12 auf, die ebenfalls in z-Richtung eine dritte Flanke 24b aufweist, die unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche 27 verläuft. Weiterhin weist die zweite Vertiefung 12 eine vierte Flanke 26c auf, die senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche 27 verläuft. Das zweite Umlenkelement 3 ist auf der dritten Flanke 24b der zweiten Vertiefung 12 angeordnet.
Außerdem weist die optische Strahlvereinigervorrichtung ein viertes Umlenkelement 5 auf, welches vierte auf das vierte Umlenkelement 5 auftreffende Lichtstrahlen 9 in einem definierten Umlenkwinkel umlenkt. In diesem Fall handelt es sich bei den vierten Lichtstrahlen 9 um Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge blauen Lichts und die vierten Lichtstrahlen 9 treffen senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche 27 auf das zweite Umlenkelement 4 auf. Die vierten Lichtstrahlen 9 werden in dieser Ausführung um 90° gegenüber dem siebten Auftreffwinkel in Richtung des dritten Umlenkelements 6 umgelenkt. Die Lichtstrahlen der ersten Wellenlänge 7 und die Lichtstrahlen der zweiten Wellenlänge 8 transmittiert das zweite Umlenkelement 4 unverändert und ist somit teiltransparent ausgebildet.
Das erste Trägersubstrat 2 weist an einer Unterseite ein erstes Durchgangsloch 15 mit einem kreisrunden Querschnitt zum Transmittieren der dritten Lichtstrahlen 10b auf. Zusätzlich ist an einem Boden der vierten Vertiefung 14 ein optisches Fenster 16 zum hermetischen Verschließen des ersten Durchgangslochs 15 angeordnet. Das optische Fenster 16, wie auch die Umlenkelemente 3, 4, 5 und 6 sind in dieser Ausführung aus Silizium ausgebildet.
Die optische Strahlkombiniervorrichtung 1a weist zum Befestigen der Umlenkelemente 3, 4, 5 und 6 an den Flanken 24a-24d Fügemittel in Form von Klebstoff auf.
2 zeigt ein einer Seitenansicht eine Ausführungsform einer optischen Strahlkombiniervorrichtung 1b in Form einer optischen Strahlteilervorrichtung. Im Unterschied zu der optischen Strahlvereinigervorrichtung auf 1 ist das dritte Umlenkelement 6 hierbei dazu ausgebildet, die aus der äußeren Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung 1b auf das dritte Umlenkelement 6 auftreffenden dritten Lichtstrahlen 23 um 90° in Richtung des ersten 3, zweiten 4 und vierten Umlenkelements 5 umzulenken. Das vierte Umlenkelement 5 ist in diesem Zusammenhang dazu ausgebildet, die Lichtstrahlen der dritten Wellenlänge 22 wiederum um 90° in Richtung der äußeren Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung 1b umzulenken. Die Lichtstrahlen der ersten Wellenlänge 7 und die Lichtstrahlen der zweiten Wellenlänge 8 transmittiert das vierte Umlenkelement 5 unverändert und ist somit teiltransparent ausgebildet. Das zweite Umlenkelement 4 ist dazu ausgebildet, die Lichtstrahlen der zweiten Wellenlänge 21 um 90° in Richtung der äußeren Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung 1b umzulenken. Die Lichtstrahlen der ersten Wellenlänge 7 transmittiert das zweite Umlenkelement 4 unverändert und ist somit teiltransparent ausgebildet. Das erste Umlenkelement 3 ist dazu ausgebildet, die Lichtstrahlen der ersten Wellenlänge 20 um 90° in Richtung der äußeren Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung 1b umzulenken.
3a zeigt in einer Draufsicht in einer xy-Ebene ein erstes Trägersubstrat 50 in Form eines Siliziumwafers. Das erste Trägersubstrat 50 weist eine streifenförmige, in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats 50 verlaufende erste Vertiefung 54a auf. Außerdem weist das erste Trägersubstrat 50 eine streifenförmige, in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats 50, parallel zu der ersten Vertiefung 54a des ersten Trägersubstrats 50 verlaufende zweite Vertiefung 54b auf. Zusätzlich weist das erste Trägersubstrat 50 auf der dargestellten Vorderseite eine streifenförmige, in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats 50, parallel zu der ersten Vertiefung 54a des ersten Trägersubstrats 50 verlaufende dritte Vertiefung 54c auf. Die senkrecht zu der ersten, zweiten und dritten Vertiefung verlaufende streifenförmige vierte Vertiefung 51 verbindet die erste, zweite und dritte Vertiefung miteinander. Das auf den 1 und 2 beschriebene erste Umlenkelement 3 ist zumindest teilweise in dem Kreuzungsbereich zwischen erster 54a und vierter Vertiefung 51 angeordnet. Das erste Umlenkelement 3 ist hierbei zumindest teilweise oberhalb der vierten Vertiefung angeordnet. Das auf den 1 und 2 beschriebene zweite Umlenkelement 4 ist teilweise in dem Kreuzungsbereich zwischen zweiter 54b und vierter Vertiefung 51 angeordnet. Das auf den 1 und 2 beschriebene dritte Umlenkelement 6 ist wiederum zumindest teilweise in dem Kreuzungsbereich zwischen dritter 54c und vierter Vertiefung 51 angeordnet.
Auch das dritte Umlenkelement 6 ist teilweise oberhalb der vierten Vertiefung angeordnet.
Auf 3a weist das erste Trägersubstrat 50 eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, parallel zueinander verlaufenden vierten Vertiefungen 51 auf, sodass eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten ersten, zweiten und dritten Umlenkelementen vorgesehen sein können. Das Trägersubstrat 50 kann anschließend durch beispielsweise einen Sägeprozess vereinzelt werden und somit einzelne optische Strahlkombiniervorrichtungen erzeugt werden.
Das erste Trägersubstrat 50 weist zweite Durchgangslöcher 53a auf, die einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und zu den ersten Flanken der ersten Vertiefung 54a des ersten Trägersubstrats 50 führt. Zusätzlich weist das erste Trägersubstrat 50 dritte Durchgangslöcher 53b auf, die einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und zu den dritten Flanken der zweiten Vertiefung 54b des ersten Trägersubstrats führt. Außerdem weist das erste Trägersubstrat 50 vierte Durchgangslöcher 53c mit einem kreisrunden Querschnitt auf, die zu den fünften Flanken der dritten Vertiefung 54c führt.
Wie der Schnitt entlang der Ebene IIIB auf 3b zeigt, weist die vierte Vertiefung in z-Richtung einen rechteckförmigen Querschnitt auf. 3c zeigt demgegenüber einen Schnitt entlang der Ebene IIIC. Hierbei sind die ersten Durchgangslöcher 52 zum Transmittieren der dritten Lichtstrahlen zu erkennen.
4a bis 4c zeigen in einer weiteren Ausführungsformen einer optischen Strahlkombiniervorrichtung 100a, 100b und 100c in Form einer optischen Strahlvereinigervorrichtung. Während bei 4a, 4b und 4d die 45° Flanken parallel zueinander verlaufen und somit auch die Umlenkelemente parallel zueinander angeordnet sind, verläuft bei der Anordnung auf 4c die 45° Flanke für das dritte Umlenkelement 133 senkrecht zu den 45° Flanken des ersten und zweiten Umlenkelements 131 und 132. Somit ergibt sich bei der Anordnung auf 4c eine optische Strahlvereinigervorrichtung, bei der der dritte Lichtstrahl 136, welcher den ersten Lichtstrahl 134 und den zweiten Lichtstrahl 135 umfasst, aus Richtung der Vorderseite des ersten Trägersubstrats 112 in die Umgebung umgelenkt wird.
Bei der Ausführung auf 4a umfasst die Strahlvereinigervorrichtung ein erstes 101, zweites 102 und drittes Umlenkelement 103. Das dritte Umlenkelement 103 ist für den senkrecht zur Oberfläche des Trägersubstrats 111 eintretenden vierten Lichtstrahl 106 transparent ausgebildet, sodass der dritte Lichtstrahl 107 neben dem umgelenkten ersten 104 und zweiten Lichtstrahl 105 auch den vierten Lichtstrahl 106 umfasst.
Bei der Ausführung auf 4b umfasst die Strahlvereinigervorrichtung ein erstes 122, zweites 123, drittes 125 und viertes Umlenkelement 124. Das erste, zweite und dritte Umlenkelement sind dazu ausgebildet, den ersten Lichtstrahl 127, den zweiten Lichtstrahl 128 und den vierten Lichtstrahl 129 zu dem dritten Lichtstrahl 130 zu kombinieren. Das vierte Umlenkelement 124 lässt einen ersten Teil des dritten Lichtstrahls 130 in horizontaler Richtung unverändert transmittieren und einen zweiten Teil des dritten Lichtstrahls wird zu einer Photodiode 126 umgelenkt. Die Photodiode 126 ist in Zusammenspiel mit einer hier nicht dargestellten Regeleinheit z.B. dafür ausgebildet, die Intensitäten der einzelnen Lichtstrahlen aufeinander abzustimmen (z.B. mit dem Ziel eines „Weißabgleichs“) oder die Gesamtintensität konstant zu halten (die emittierte Intensität der Laserdioden kann sich über die Zeit oder aufgrund von Temperatureinwirkung verändern). Mit einer ortsauflösenden Photodiode kann zudem die korrekte Positionierung der Strahlen zueinander überprüft werden.
5 zeigt eine Ausführungsform eines optischen Systems 30. Hierbei weist das optische System 30 die optische Strahlkombiniervorrichtung 1a und ein weiteres Strahlformungselement 81 auf, welches hierbei als eine Linse ausgebildet ist. Das weitere Strahlformungselement 81 weist ein zweites Trägersubstrat 80 auf, wobei sowohl das erste 2, wie auch das zweite Trägersubstrat 80 als Siliziumwafer ausgebildet sind. Alternativ sind das erste 2, wie auch das zweite Trägersubstrat 80 als Glaswafer ausgebildet. Das erste 2 und zweite Trägersubstrat 80 sind übereinandergestapelt und unmittelbar miteinander verbunden.
Weiterhin weist das optische System 30 eine Lichterzeugungseinheit 90 zum Erzeugen der ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen auf. Hierfür weist die Leuchterzeugungseinheit 90 eine erste Laserdiode 91, eine zweite Laserdiode 92 und eine dritte Laserdiode 93 auf.
6 zeigt in Form eines Flussdiagramms ein Verfahren zur Herstellung einer Strahlkombiniervorrichtung. Hierbei wird in einem Verfahrensschritt 210 ein erstes Trägersubstrat bereitgestellt. In einem folgenden Verfahrensschritt 220 wird eine erste streifenförmige Vertiefung auf einer Vorderseite des ersten Trägersubstrats erzeugt. Die erste Vertiefung weist hierbei eine erste Flanke unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche und eine zweite, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche verlaufende Flanke auf. Die erste Vertiefung wird insbesondere mittels eines abrasiven Schleifprozesses erzeugt. In einem folgenden Verfahrensschritt 240 wird eine dritte streifenförmige, parallel zu der ersten Vertiefung auf der Vorderseite des ersten Trägersubstrats verlaufende Vertiefung erzeugt. Die dritte Vertiefung weist hierbei eine fünfte Flanke unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche und eine sechste, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche verlaufende Flanke auf. Auch die dritte Vertiefung wird insbesondere mittels eines abrasiven Schleifprozesses erzeugt. In einem auf den Verfahrensschritt 240 folgenden Verfahrensschritt 250 wird wenigstens eine streifenförmige vierte Vertiefung erzeugt. Die Vertiefung verläuft senkrecht zu der ersten und dritten Vertiefung und wird ebenfalls insbesondere mittels eines abrasiven Schleifprozesses erzeugt. In einem weiteren Verfahrensschritt 260 wird ein erstes Umlenkelement auf der ersten Flanke der ersten Vertiefung befestigt. Das erste Umlenkelement ist hierbei zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung angeordnet. In einem weiteren Verfahrensschritt 280 wird ein drittes Umlenkelement auf der fünften Flanke der dritten Vertiefung befestigt. Das dritte Umlenkelement ist zumindest teilweise in der vierten Vertiefung angeordnet. Das Befestigen der Umlenkelemente erfolgt insbesondere mittels eines Klebstoffes als Fügemittel. Daraufhin wird das Verfahren beendet.
In einem weiteren optionalen, auf den Verfahrensschritt 220 folgenden Verfahrensschritt 230 wird eine zweite streifenförmige, parallel zu der ersten Vertiefung auf der Vorderseite des Trägersubstrats verlaufende Vertiefung erzeugt. Die zweite Vertiefung weist hierbei eine dritte Flanke unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche und eine vierte, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche verlaufende Flanke auf. In einem weiteren optionalen, auf den Verfahrensschritt 260 folgenden Verfahrensschritt 270 wird ein zweites Umlenkelement auf der dritten Flanke der zweiten Vertiefung befestigt. Das zweite Umlenkelement ist hierbei zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung angeordnet.
Weiterhin zeigt 6 auch ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems. Hierbei wird in einem Verfahrensschritt 290 zusätzlich neben der erzeugten optischen Strahlkombiniervorrichtung ein weiteres Strahlformungselement mit einem zweiten Trägersubstrat bereitgestellt. In dem folgenden Verfahrensschritt 300 werden das erste Trägersubstrat der optischen Strahlkombiniervorrichtung mit dem zweiten Trägersubstrat des weiteren Strahlformungselements verbunden. Das Verbinden erfolgt insbesondere mittels Waferalignern und/oder Waferbondern. Daraufhin wird das Verfahren beendet.

Claims

Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c), insbesondere optische Strahlteilervorrichtung oder optische Strahlvereinigervorrichtung, aufweisend - ein erstes Trägersubstrat (2), und - ein erstes Umlenkelement (3, 101, 122, 131), insbesondere Reflexionselement, wobei das erste Umlenkelement (3, 101, 122, 131) dazu ausgebildet ist, erste auf das erste Umlenkelement (3, 101, 122, 131) auftreffende Lichtstrahlen (7, 104, 127, 134) einer ersten Wellenlänge, insbesondere einer Wellenlänge roten Lichts, in einem definierten ersten Umlenkwinkel umzulenken, und - ein drittes Umlenkelement (6, 103, 125, 133), insbesondere Reflexionselement, wobei das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) dazu ausgebildet ist, dritte auf das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) auftreffende Lichtstrahlen (10a, 23) in einem definierten dritten Umlenkwinkel umzulenken, wobei die dritten Lichtstrahlen (10a, 23) die ersten (7, 104, 127, 134) und zweite Lichtstrahlen (8, 105, 128, 135) zweiter Wellenlänge, insbesondere einer Wellenlänge grünen Lichts, umfassen, wobei das erste Trägersubstrat (2) auf einer Vorderseite eine erste streifenförmige, insbesondere in einer ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2) verlaufende, Vertiefung (54a) aufweist, wobei die erste Vertiefung (54a), insbesondere in Z-Richtung, eine erste Flanke (24a) unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche (27) und eine zweite, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche (27)verlaufende, insbesondere der ersten Flanke (24a) gegenüberliegende, Flanke (26a) aufweist, und das erste Trägersubstrat (2) auf der Vorderseite eine dritte streifenförmige, insbesondere in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2), parallel zu der ersten Vertiefung (54a) des ersten Trägersubstrats (2) verlaufende Vertiefung (54c) aufweist, wobei die dritte Vertiefung (54c), insbesondere in Z-Richtung, eine fünfte Flanke (24d) unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche (27) und eine sechste, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche (27) verlaufende, insbesondere der fünften Flanke (24d) gegenüberliegende, Flanke (26d) aufweist, und das erste Trägersubstrat (2) wenigstens eine streifenförmige, insbesondere in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2) verlaufende, vierte Vertiefung aufweist, wobei die vierte Vertiefung (51) senkrecht zu der ersten (54a) und dritten Vertiefung (54c) verläuft, und das erste Umlenkelement (3, 101, 122, 131) auf der ersten Flanke (24a) der ersten Vertiefung (54a) angeordnet ist, wobei das erste Umlenkelement (3, 101, 122, 131) zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung (51) angeordnet wird, und das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) auf der fünften Flanke (24d) der dritten Vertiefung (54c) angeordnet ist, wobei das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung (51) angeordnet wird.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein zweites, insbesondere teiltransparentes, Umlenkelement (4, 102, 122, 132), insbesondere Reflexionselement, vorgesehen ist, wobei das zweite Umlenkelement (4, 102, 122, 132) dazu ausgebildet ist, die zweiten auf das zweite Umlenkelement (4, 102, 122, 132) auftreffende Lichtstrahlen (8, 105, 128, 135) der zweiten Wellenlänge in einem definierten zweiten Umlenkwinkel umzulenken, und das erste Trägersubstrat (2) auf der Vorderseite eine zweite streifenförmige, insbesondere in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2), parallel zu der ersten Vertiefung (54a) des ersten Trägersubstrats (2) verlaufende Vertiefung (54b) aufweist, wobei die zweite Vertiefung (54b), insbesondere in Z-Richtung, eine dritte Flanke (24b) unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche (27) und eine vierte, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche (27) verlaufende, insbesondere der dritten Flanke (24b) gegenüberliegende, Flanke (26b) aufweist.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) als Strahlvereinigervorrichtung ausgebildet ist, wobei das erste Umlenkelement (3, 101, 122, 131) dazu ausgebildet ist, die ersten auf das erste Umlenkelement (3, 101, 122, 131) auftreffenden Lichtstrahlen (7, 104, 127, 134) der ersten Wellenlänge in dem definierten ersten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem ersten Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen ersten Umlenkwinkel der ersten Lichtstrahlen (7, 104, 127, 134), in Richtung des zweiten und dritten Umlenkelements (6, 103, 125, 133) umzulenken, und das zweite Umlenkelement (4, 102, 122, 132) dazu ausgebildet ist, die zweiten (8, 105, 128, 135) auf das zweite Umlenkelement (4, 102, 122, 132) auftreffenden Lichtstrahlen (8, 105, 128, 135) der zweiten Wellenlänge in dem definierten zweiten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem zweiten Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen zweiten Umlenkwinkel der zweiten Lichtstrahlen, in Richtung des dritten Umlenkelements (6, 103, 125, 133) umzulenken, wobei das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) dazu ausgebildet ist, die auf das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) auftreffenden dritten Lichtstrahlen (10a, 23) in dem definierten dritten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem dritten Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen dritten Umlenkwinkel der dritten Lichtstrahlen (10a, 23), in eine äußere Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) umzulenken.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) als optische Strahlteilvorrichtung ausgebildet ist, wobei das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) dazu ausgebildet ist, die aus der äußeren Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) auf das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) auftreffenden dritten Lichtstrahlen (10a, 23) in dem definierten dritten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem vierten Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen dritten Umlenkwinkel der dritten Lichtstrahlen (10a, 23), in Richtung des ersten und zweiten Umlenkelements (4, 102, 122, 132) umzulenken, wobei das zweite Umlenkelement (4, 102, 122, 132) dazu ausgebildet ist, Lichtstrahlen (8, 105, 128, 135) der zweiten Wellenlänge in dem definierten zweiten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem fünften Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen zweiten Umlenkwinkel der zweiten Lichtstrahlen, in Richtung der äußeren Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) umzulenken, wobei das erste Umlenkelement (3, 101, 122, 131) dazu ausgebildet ist, erste Lichtstrahlen (7, 104, 127, 134) der ersten Wellenlänge in dem definierten ersten Umlenkwinkel, insbesondere in dem gegenüber einem sechsten Auftreffwinkel 90° unterschiedlichen ersten Umlenkwinkel der ersten Lichtstrahlen (7, 104, 127, 134), in Richtung der äußeren Umgebung der optischen Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) umzulenken.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) dazu ausgebildet ist, die dritten Lichtstrahlen (10a, 23) in horizontaler Richtung, insbesondere in x-Richtung, zu transmittieren.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (7, 104, 127, 134) und zweiten Lichtstrahlen (8, 105, 128, 135) senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche (27) auf das erste und/oder zweite Umlenkelement (4, 102, 122, 132) auftreffen, oder dass die dritten Lichtstrahlen senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche (27) auf das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) auftreffen.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägersubstrat (2) an einer Unterseite des ersten Trägersubstrats (2) ein erstes Durchgangsloch (14, 52), insbesondere ein erstes Durchgangsloch (14, 52) mit einem kreisrunden Querschnitt in einer zweiten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2), zum Transmittieren der dritten Lichtstrahlen (10a, 23) aufweist, wobei an einem Boden der vierten Vertiefung (51) zusätzlich ein optisches Fenster (16, 109) zum, insbesondere hermetischen, Verschließen des ersten Durchgangslochs (14, 52) angeordnet ist.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) zusätzliche Fügemittel (20a-20h) zum Befestigen der Umlenkelemente (3, 4, 5, 6, 101, 102, 103, 122, 123, 124, 125, 131, 132, 133) an den Flanken (24a, 24b, 24c) aufweist.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente (3, 4, 5, 6, 101, 102, 103, 122, 123, 124, 125, 131, 132, 133) und/oder das optische Fenster (16, 109) aus Silizium oder Glas ausgebildet sind.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägersubstrat (2) als Wafersubstrat ausgebildet, insbesondere aus Silizium oder Glas oder Keramik, ist.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (24a, 24b, 24c) des ersten Trägersubstrats (2), insbesondere die 45° Flanken, parallel, insbesondere in parallelen Ebenen, zueinander verlaufen.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Flanke (24d) senkrecht, insbesondere in einer senkrechten Ebene, zu der ersten (24a) und/oder dritten Flanke (24b) verläuft.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägersubstrat (2) an der Unterseite des Trägersubstrats (2) ein zweites Durchgangsloch, insbesondere ein zweites Durchgangsloch (53a) mit einem kreisrunden Querschnitt in einer zweiten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2), aufweist, wobei das zweite Durchgangsloch (53a) zu der dritten Flanke (24b) der zweiten Vertiefung (54b) des ersten Trägersubstrats (2) führt, und/oder wobei das erste Trägersubstrat (2) an der Unterseite des Trägersubstrats (2) ein drittes Durchgangsloch (53b), insbesondere ein drittes Durchgangsloch mit einem kreisrunden Querschnitt in der zweiten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2), aufweist, wobei das dritte Durchgangsloch (53b) zu der fünften Flanke (24d) der dritten Vertiefung (54c) des ersten Trägersubstrats (2) führt, und/oder wobei das erste Trägersubstrat (2) an der Unterseite des Trägersubstrats (2) ein viertes Durchgangsloch (53c), insbesondere ein viertes Durchgangsloch (53c) mit einem kreisrunden Querschnitt in der zweiten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2), aufweist, wobei das vierte Durchgangsloch (53c) zu der fünften Flanke (24d) der ersten Vertiefung (54a) des ersten Trägersubstrats (2) führt.
Optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägersubstrat (2) als Wafer, insbesondere als Siliziumwafer, ausgebildet ist, und das erste Trägersubstrat (2) eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, parallel zueinander verlaufenden vierten Vertiefungen (51), und eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten wenigstens ersten (3, 101, 122, 131), zweiten (4, 102, 122, 132) und dritten Umlenkelementen (6, 103, 125, 133) aufweist.
Optisches System (30), aufweisend - eine Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, und - wenigstens ein weiteres Strahlformungselement (80), insbesondere eine Linse und/oder eine Blende und/oder ein Hohlspiegel, wobei die optische Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) ein erstes Trägersubstrat (2) aufweist, und das weitere Strahlformungselement (80) ein zweites Trägersubstrat (81) aufweist, wobei das erste (2) und zweite Trägersubstrat (81) als Wafer, insbesondere Siliziumwafer, ausgebildet sind, wobei das erste (2) und zweite Trägersubstrat (80) zumindest mittelbar miteinander verbunden sind, insbesondere übereinander angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c), insbesondere einer Strahlteilervorrichtung oder einer optischen Strahlvereinigervorrichtung, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Bereitstellen (210) eines ersten Trägersubstrats (2), insbesondere eines Siliziumwafers, und - Erzeugen (220) von einer ersten, insbesondere in einer ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2), streifenförmigen, Vertiefung (54a) auf einer Vorderseite des ersten Trägersubstrats (2), wobei die erste Vertiefung (54a) , insbesondere in Z-Richtung, eine erste Flanke (24a) unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche (27) und eine zweite, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche (27) verlaufende, insbesondere der ersten Flanke (24a) gegenüberliegende, Flanke (26a) aufweist, und - Erzeugen (240) von einer dritten, insbesondere in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2), streifenförmigen, parallel zu der ersten Vertiefung (54a) auf der Vorderseite des ersten Trägersubstrats verlaufenden Vertiefung (54c), wobei die dritte Vertiefung (54c), insbesondere in Z-Richtung, eine fünfte Flanke (24d) unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche (27) und eine sechste, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche (27) verlaufende, insbesondere der fünften Flanke (24d) gegenüberliegende, Flanke (26d) aufweisen, und - Erzeugen (250) wenigstens einer, insbesondere in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2), streifenförmigen vierten Vertiefung (51), wobei die vierte Vertiefung (51) senkrecht zu der ersten und dritten Vertiefung (54c) verläuft, und - Befestigen (260) von einem ersten Umlenkelement (3, 101, 122, 131) auf der ersten Flanke (24a) der ersten Vertiefung (54a), wobei das erste Umlenkelement (3, 101, 122, 131) zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung (51) angeordnet wird, - Befestigen (280) von einem dritten Umlenkelement (6, 103, 125, 133) auf der fünften Flanke der dritten Vertiefung (54c), wobei das dritte Umlenkelement (6, 103, 125, 133) zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung (51) angeordnet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte aufweist: - Erzeugen (230) von einer zweiten, insbesondere in der ersten xy-Ebene des ersten Trägersubstrats (2), streifenförmigen, parallel zu der ersten Vertiefung (54a) auf der Vorderseite des Trägersubstrats verlaufenden Vertiefung (54b), wobei die zweite Vertiefung (54b), insbesondere in Z-Richtung, eine dritte Flanke (24b) unter einem Winkel von 45° zu der Trägersubstratoberfläche (27) und eine fünfte, senkrecht zu der Trägersubstratoberfläche (27) verlaufende, insbesondere der dritten Flanke (24b) gegenüberliegende, Flanke (26b) aufweisen, und - Befestigen (270) von einem zweiten Umlenkelement (4, 102, 122, 132) auf der dritten Flanke (24b) der zweiten Vertiefung (54b), wobei das zweite Umlenkelement (4, 102, 122, 132) zumindest teilweise in oder oberhalb der vierten Vertiefung (51) angeordnet wird.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems (30) gemäß Anspruch 15, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Bereitstellen einer optischen Strahlkombiniervorrichtung (1a, 1b, 100a, 100b, 100c) mit einem ersten Trägersubstrat (2), insbesondere ausgebildet aus einem ersten Wafer, und - Bereitstellen (290) eines weiteren Strahlformungselements (81) mit einem zweiten Trägersubstrat (80), insbesondere ausgebildet aus einem zweiten Wafer, - Verbinden (300), insbesondere zumindest mittelbares Verbinden, des ersten Trägersubstrats (2) mit dem zweiten Trägersubstrat (80), insbesondere mittels Waferalignern und/oder Waferbondern.