WO2007104401A1 - Optisches element, verfahren zu dessen herstellung und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an optical element, a method for producing the optical element and an apparatus for carrying out the method for producing the optical element.
  • the present invention is particularly useful in the field of rapid prototyping of optical elements, such as an optical lens ("lens rapid prototyping").
  • a method to obtain optical elements with arbitrary properties, such as. focal length, and with customized aspherical correction, would therefore be desirable in rapid prototyping.
  • a particular advantage of a combination of conventional lens with these holographic optical elements is that the refractive surfaces of the conventional lenses (refraction) and the holographic structures in the region of the wavelength (diffraction) have a different sign of dispersion, whereby a combination of lens and holographic optical element allows a very effective correction of color errors.
  • the holographic elements used for this purpose are based on the principle of diffraction at a spatially varying absorption (so-called amplitude holograms) or a spatially varying refractive index (phase holograms) or a reflection with spatially varying maturities (reflection holograms).
  • these holographic optical elements are predominantly obtained by photolithography, i. Exposure and etching, or by embossing.
  • an optical component having a substrate formed as an optical element, wherein one side of the substrate is coated with a film of a photo-addressable polymer and in this photo-addressable polymer, a polarization hologram is generated.
  • the side of the substrate on which the photo-addressable polymer is disposed may be planar.
  • the substrate may be formed as a plano-convex lens, on the planar side of which the photo-addressable polymer is arranged.
  • the polarization hologram may be formed as a phase polarization hologram by direct exposure to laser light in the photo-addressable polymer.
  • the above object is achieved according to the invention by a method for producing the aforementioned optical component, wherein the polarization hologram is generated by exposing a surface of the photo-addressable polymer directly on the optical element.
  • the photo-addressable polymer can be applied to the surface of the substrate by spin coating.
  • the polarization hologram can be generated by means of laser light, in particular by means of linearly polarized light.
  • phase polarization hologram is generated in the photo-addressable polymer.
  • the above object is achieved according to the invention by a device for carrying out the aforementioned method, wherein a collimated beam of polarized light can be focused on the one layer of the photoaddressable polymer on the optical element via an optical system.
  • this apparatus comprises means for manipulating a polarization axis of the collimated beam of polarized light disposed between a light source and the optic.
  • the device may include a light source for generating laser light, in particular linearly polarized light.
  • a point of impact of the light, in particular of the laser, on the photoaddressable polymer can be changed by reflection at a movable reflection device.
  • a positioning table can be provided, on which the substrate can be stored, wherein a point of impact of the light, in particular the laser can be modifiable on the photo-addressable polymer by displacement of the positioning table and / or displacement of the substrate arranged on the positioning table.
  • the apparatus may further comprise a controller with which an orientation of the polarization axis of the collimated beam of polarized light and a position of the beam focus on the photo-addressable polymer can be controlled.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an apparatus for generating a phase polarization hologram in a photo-addressable polymer layer on a planar side of a plano-convex lens
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an optical component, in the present case a plano-convex lens, which is coated with a layer of photo-addressable polymer material (PAP material), wherein a hologram is exposed in the PAP layer, and
  • PAP material photo-addressable polymer material
  • holographic optical elements As explained above, holographic optical elements according to the prior art are predominantly produced by photolithography or embossing. In contrast, the present invention teaches to use holographic optical elements based on polarization holograms, which result from the direct exposure of a photo-addressable polymer (PAP).
  • PAP photo-addressable polymer
  • phase polarization hologram is based on the spatial variation of birefringence ("phase polarization hologram") or the dichroism of a medium ("amplitude polarization hologram”).
  • phase polarization holograms are described according to the publication by Gabriella Cincotti: 'Polarization Grating': Design and Applications, IEEE Journal of quantum electronics, Vol. 39, No.12, December 2003, Section B ("Space-variant retarder”). ) simply referred to as polarization holograms.
  • phase polarization hologram is based on the property of photoaddressable polymers ("PAP"), after which the PAP material changes its molecular structure under laser irradiation.
  • PAP photoaddressable polymers
  • the material is sensitive to a particular wavelength representing the writing wavelength of the hologram
  • the hologram can be read out non-destructively at different wavelengths (the so-called read wavelengths).
  • a change in the PAP material which is selective in the case of the write wavelength can then preferably be read with attenuated laser light.
  • a film of a photo-addressable polymer is applied on a flat side. Due to the very high refractive index modulations of the photo-addressable polymer, polarization holograms can be achieved in this film of the PAP material with very thin layer thicknesses of the polymer and simultaneously high diffraction efficiency.
  • FIG. 1 A device for generating such polarization holograms by direct exposure is shown in FIG.
  • the device has a light source 1, which generates a collimated beam 2 of polarized light, the polarization axis of which can be freely selected via a device 3.
  • An optic 4 then focuses the light onto a layer of PAP material 6, which is applied to the optical component 7.
  • the light source 1 generates laser light which can be focused on the one PAP layer 6.
  • the optical component 7 is arranged on a positioning table 8, wherein the PAP layer 6 can be moved by means of a displacement of the positioning table 8 or via a displacement of the optical element 7 on the positioning table 8 under the laser beam focus.
  • the point of impact of the laser beam may be realized by reflection at a movable tilting mirror 9 or similar means (i.e., by so-called "scanning" of the laser beam).
  • the orientation of the polarization axis of the collimated beam 2 of polarized light and the position of the beam focus on the PAP material 6 can be controlled by a control computer 5.
  • Fig. 2 shows a plano-convex lens 7 as an example of an optical element coated on the flat side with a film of PAP material 6, wherein in the PAP material 6 with the device of FIG a phase polarization hologram is written.
  • phase polarization hologram can now be used to correct the optical properties of the plano-convex lens 7.
  • the polarization hologram necessary for correcting the optical properties is simplified in FIG. 2 by a ring system with two different orientations 10 and 11, i. it's a binary hologram.
  • phase polarization hologram achieves theoretical diffraction efficiencies of 100% for circularly polarized light of handedness (e.g., purely left-handed circularly polarized light). On the other hand, e.g. achieve with a binary amplitude hologram only a maximum diffraction efficiency of about 46%.
  • the high diffraction efficiency of polarization holograms is of great importance for the application, since in holographic optical components with low diffraction efficiency only a portion of the light is diffracted by the hologram, so that the rest disturbs the operation of the optical component. In this case, it applies that polarization holograms are to be assessed with higher quality when exclusively circularly polarized light is used.
  • the PAP polymer is inexpensive to manufacture and process compared to optical glasses.
  • planoconvex lenses as a substrate for the PAP film, a very inexpensive optical component is available.
  • holograms with more than two quantization steps are no longer expensive to produce. This also makes it possible to realize higher diffraction efficiency and better quality holograms.
  • optical components as a carrier in contrast to holography on flat substrates results in significantly lower requirements for the coherence of the light source used for reading, since the coherence length of the light source must be on the order of the phase shift caused by the hologram when reading each hologram.
  • the hologram for optical correction of an existing optical element the requirements for the coherence of the reading light source with respect to a pure holographic optical element are significantly weaker.
  • the described combinations of holographic optical element and conventional optical element can be used for a wider choice of light sources.
  • the “preferred thickness” thus depends on the wavelength, the maximum refractive index difference at this wavelength (magnetic property) and the geometry.
  • FIG. It An illustration of another optical component is shown in FIG. It is a (dispersion) lens which has been exposed to a square area on a strip of 1, 6 micrometer thick PAP film (surface of the lens 5 x 5 mm).
  • the PAP layer is applied to a substantially planar substrate of a mirrored plastic and appears yellow, as it absorbs the green (write) radiation.
  • the lens reflects a logo of the Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques (IPM).
  • a layer thickness in the range of 1.7 microns ⁇ 0.2 microns has been found sufficient for accuracy.
  • PAP material to the optical element can be carried out in accordance with a coating of Wafem (photolithography) and / or a coating of writable CD-ROM blanks.
  • the "whole" PAP layer is exposed in full thickness, but this layer is so thin that it can be interpreted as a "surface” (in the sense of a surface hologram) "written, rather, the layer is seen visually only from the surface.
  • a method for producing optical components by deep-depth exposure is particularly feasible, especially when an optically homogeneous volume of PAP polymer is used.
  • the present experimental setup should preferably be modified such that the writing light does not completely penetrate the PAP layer.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Bauteil mit einem als optischem Element ausgebildeten Substrat, wobei eine Seite des Substrats mit einem Film aus einem photo-adressierbaren Polymer beschichtet und in diesem photo-adressierbaren Polymer ein Polarisations-Hologramm erzeugt ist, ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Optisches Element, Verfahren zu dessen Herstellung und Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element, ein Verfahren zur Herstellung des optischen Elementes sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des optischen Elementes. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf dem Gebiet des schnellen Prototypenbaus ("Rapid Prototyping") für optische Elemente, beispielsweise eine optische Linse („Lens Rapid Prototyping") verwendbar.
Bei Entwicklung und Fertigung neuer optischer Geräte wird üblicherweise zunächst eine numerische Simulation der zu erwartenden Eigenschaften des neuen optischen Gerätes durch Strahlverfolgung („Ray Tracing") oder vergleichbare Verfahren durchgeführt, um die Eigenschaften der Optik abschätzen zu können. Mit den derzeit zur Verfügung stehenden Computerprogrammen lassen sich darüber hinaus bestimmte Parameter der benötigten optischen Elemente, wie z.B. eine Brennweite einer Linse, optimieren, wodurch bestimmte Leistungsdaten der Optik, z.B. einer Auflösung eines abbildenden Systems, verbessert werden können.
Die derart berechneten Leistungsdaten lassen sich allerdings selten vollständig erreichen, da die zur Umsetzung einer wie vorstehend beschriebenen, theoretisch vorgenommenen Optimierung notwendigen optischen Elemente mit den errechneten optimierten Parametern (z.B. eine optische Linse mit einer bestimmten, auf die Anwendung an- gepassten Brennweite oder asphärischen Form) nicht zur Verfügung stehen. Insbesondere bei der Fertigung kleiner Stückzahlen oder Testaufbauten ist es aber im allgemeinen weder wirtschaftlich noch zeitlich möglich, eine geringe Anzahl von derartigen Bauteilen (wie z.B. asphärisch geschliffene Linsen mit maßgeschneiderten Eigenschaften) herzustellen.
Ein Verfahren, um optische Elemente mit frei wählbaren Eigenschaften, wie z.B. der Brennweite, und mit maßgeschneiderter asphärischer Korrektur, würde daher im schnellen Prototypyenbau wünschenswert.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß sich die Funktionen von optischen Linsen oder anderen optischen Elementen auch mit holographischen optischen Elementen („HOE") erzeugen lassen, wie dies beispielsweise in der US 4,054,356 und der US 4,355,858 gezeigt ist. Außerdem ist ein derartiges holographisches optisches Element auch bereits in einem kommerziellen Produkt (Canon-Objektiv EF-40Omm 1/4.0 DO IS USM) eingesetzt.
Ein besonderer Vorteil einer Kombination konventioneller Linse mit diesen holographischen optischen Elementen ist darin zu sehen, daß die brechenden Oberflächen der konventionellen Linsen (Refraktion) und die holographischen Strukturen im Bereich der Wellenlänge (Diffraktion) ein unterschiedliches Vorzeichen der Dispersion aufweisen, wodurch eine Kombination von Linse und holographischem optischen Element eine sehr effektive Korrektur von Farbfehlern ermöglicht. Die hierfür verwendeten holographischen Elemente beruhen auf dem Prinzip der Beugung an einer räumlich variierenden Absorption (sogenannte Amplitudenhologramme) oder eines räumlich variierenden Brechungsindexes (Phasenhologramme) oder einer Reflexion mit räumlich variierenden Laufzeiten (Reflexionshologramme).
Nach dem Stand der Technik werden diese holographischen optischen Elemente überwiegend durch Photolithographie, d.h. Belichten und Ätzen, oder durch Prägen hergestellt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Bauelement, insbesondere eine optische Linse, mit maßgeschneiderten optischen Eigenschaften, wie z.B. Asphären, bereitzustellen, sowie ein Verfahren sowie ein Vorrichtung zur Herstellung desselben anzugeben.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein optisches Bauelement mit einem als optischem Element ausgebildeten Substrat, wobei eine Seite des Substrats mit einem Film aus einem photo-adressierbaren Polymer beschichtet und in diesem photo-adressierbaren Polymer ein Polarisationshologramm erzeugt ist.
Vorzugsweise kann die Seite des Substrats, auf der das photo-adressierbare Polymer angeordnet ist, eben ausgebildet sein. Weiterhin kann das Substrat als Plankonvexlinse ausgebildet sein, auf dessen planarer Seite das photo-adressierbare Polymer angeordnet ist. Weiterhin kann das Polarisationshologramm als ein Phasenpolarisationshologramm mittels direktem Belichten mit Laserlicht im photo-adressierbaren Polymer ausgebildet sein.
Hinsichtlich des Verfahrensaspekts wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung des vorgenannten optischen Bauteils, wobei das Polarisationshologramm durch Belichten einer Oberfläche des photo-adressierbaren Polymers direkt auf dem optischen Element erzeugt wird.
Vorzugsweise kann das photo-adressierbare Polymer auf die Oberfläche des Substrats durch Aufschleudern aufgebracht werden.
Weiterhin kann das Polarisationshologramm mittels Laserlicht, insbesondere mittels linear polarisiertem Licht, erzeugt werden.
Bevorzugterweise wird ein Phasenpolarisationshologramm im photo-adressierbaren Polymer erzeugt.
In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens, wobei ein kollimierter Strahl polarisierten Lichts über eine Optik auf die eine Schicht des photo- adressierbaren Polymers auf dem optischen Element fokussierbar ist.
Vorzugsweise umfaßt diese Vorrichtung eine Einrichtung zur Manipulation einer Polarisationsachse des kollimierten Strahls polarisierten Lichts, die zwischen einer Lichtquelle und der Optik angeordnet ist.
Die Vorrichtung kann eine Lichtquelle zur Erzeugung von Laserlicht, insbesondere von linear polarisiertem Licht, aufweisen.
Weiterhin kann ein Auftreffpunkt des Lichtes, insbesondere des Lasers, auf dem photo- adressierbaren Polymer durch Reflexion an einer bewegbaren Reflexionseinrichtung veränderbar sein. Zugleich oder alternativ hierzu kann ein Positioniertisch vorgesehen sein, auf dem das Substrat lagerbar ist, wobei ein Auftreffpunkt des Lichtes, insbesonde- re des Lasers, auf dem photo-adressierbaren Polymer durch Verschiebung des Positioniertisches und/oder Verschiebung des auf dem Positioniertisch angeordneten Substrats veränderbar sein kann.
Die Vorrichtung kann zudem ein Steuergerät aufweisen, mit dem eine Orientierung der Polarisationsachse des kollimierten Strahls polarisierten Lichts und eine Position des Strahlfokus auf dem photo-adressierbaren Polymer steuerbar ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Figuren näher beschrieben. In diesen zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugung eines Phasenpolarisationshologramms in einer photo-adressierbaren Polymerschicht auf einer ebenen Seite einer Plankonvexlinse,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines optischen Bauteils, vorliegend einer Plankonvexlinse, die mit einer Schicht photo-adressierbarem Polymermaterial (PAP-Material) beschichtet ist, wobei in die PAP-Schicht ein Hologramm belichtet ist und
Fig. 3 Eine Wiedergabe eines weiteren optischen Bauteils.
Wie vorstehend erläutert, werden holographische optische Elemente gemäß dem Stand der Technik überwiegend durch Photolithographie oder durch Prägen hergestellt. Im Gegensatz hierzu lehrt die vorliegende Erfindung holographische optische Elemente auf der Basis von Polarisationshologrammen zu verwenden, welche durch das direkte Belichten eines photo-adressierbaren Polymers (PAP) entstehen.
Die Eigenschaften photoadressierbarer Polymere sind beispielsweise in einer Veröffentlichung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung (IAP) von E. Schab- Balcerzak, B. Sapich, J. Stumpe: "Photoinduced optical Anisotropy in new poly(amid imi- de)s with azobenzene units ", Polymer, 46 (2005) 49 veröffentlicht. Das Polarisationshologramm beruht hierbei auf der räumlichen Variation der Doppelbrechung („Phasen-Polarisationshologramm") bzw. des Dichroismus eines Mediums („Amplituden-Polarisationshologramm"). Im folgenden werden Phasen- Polarisationshologramme entsprechend der Veröffentlichung von Gabriella Cincotti: ,Po- larization Grätings': Design and Applications, IEEE Journal of quantum electronics, Vol. 39, No.12, December 2003, Abschnitt B („Space-variant retarder") vereinfachend als Polarisationshologramme bezeichnet.
Die Herstellung des Phasenpolarisationshologramms beruht auf der Eigenschaft von photo-adressierbaren Polymeren („PAP"), wonach das PAP-Material unter Laserbestrahlung seine Molekülstruktur wechselt. Das Material ist für eine bestimmte Wellenlänge empfindlich, welche die Schreibwellenlänge des Hologramms darstellt. Bei von der Schreibwellenlänge verschiedenen Wellenlängen (den sogenannten Lesewellenlängen) kann das Hologramm zerstörungsfrei ausgelesen werden. Eine bei der Schreibwellenlänge punktuelle Veränderung des PAP-Materials läßt sich dann vorzugsweise mit abgeschwächtem Laserlicht, auslesen.
Bei dem vorliegenden optischen Bauteil ist, wie beispielsweise aus Fig. 2 ersichtlich, auf einer ebenen Seite ein Film eines photo-adressierbaren Polymers aufgebracht. Durch die sehr hohen Brechungsindex-Modulationen des photo-adressierbaren Polymers lassen sich in diesen Film des PAP-Materials Polarisationshologramme bei sehr dünnen Schichtdicken des Polymers und gleichzeitig hoher Beugungseffizienz erzielen.
Eine Vorrichtung zur Erzeugung solcher Polarisationshologramme durch direktes Belichten ist in Fig. 1 dargestellt.
Die Vorrichtung weist eine Lichtquelle 1 auf, welche einen kollimierten Strahl 2 polarisierten Lichts erzeugt, dessen Polarisationsachse über eine Einrichtung 3 frei wählbar orientiert werden kann.
Eine Optik 4 fokussiert das Licht anschließend auf eine Schicht PAP-Material 6, die auf dem optischen Bauteil 7 aufgebracht ist. Die Lichtquelle 1 erzeugt vorliegend Laserlicht, das auf der einen PAP-Schicht 6 fokus- sierbar ist.
Das optische Bauteil 7 ist vorliegend auf einem Positioniertisch 8 angeordnet, wobei die PAP-Schicht 6 über eine Verlagerung des Positioniertisches 8 bzw. über eine Verlagerung des optischen Elementes 7 auf dem Positioniertisch 8 unter dem Laserstrahlfokus bewegt werden kann. Alternativ hierzu bzw. zugleich hiermit kann der Auftreffpunkt des Laserstrahls durch Reflexion an einem beweglichen Kippspiegel 9 oder vergleichbaren Einrichtungen (d.h. durch sogenanntes „Scannen" des Laserstrahls) realisiert werden.
Durch einen Steuerrechner 5 kann die Orientierung der Polarisationsachse des kollimier- ten Strahls 2 polarisierten Lichtes und die Position des Strahlfokus auf dem PAP-Material 6 gesteuert werden.
Durch das sukzessive Belichten des PAP-Materials 6 werden Polarisationshologramme in das PAP-Material 6 bei einer bestimmten Schreibwellenlänge geschrieben.
Wie vorstehend schon dargelegt, zeigt Fig. 2 eine plankonvexe Linse 7 als Beispiel für ein optisches Element, das auf der ebenen Seite mit einem Film aus PAP-Material 6 beschichtet ist, wobei in das PAP-Material 6 mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ein Phasenpolarisationshologramm geschrieben ist.
Das Phasenpolarisationshologramm kann nun zur Korrektur der optischen Eigenschaften der Plankonvexlinse 7 verwendet werden.
Das zur Korrektur der optischen Eigenschaften notwendige Polarisationshologramm ist in Fig. 2 vereinfachend durch ein Ringsystem mit zwei unterschiedlichen Orientierungen 10 und 11 angedeutet, d.h. es ist ein binäres Hologramm dargestellt.
Vorliegend ist jedoch im Gegensatz zum Stand der Technik auch eine besonders einfache Realisierung von deutlich mehr als zwei Quantisierungsstufen 10,11 möglich. Auch ist das zu belichtende Hologramm nicht notwendigerweise rotationssymmetrisch. Vielmehr können mit der vorstehend beschriebenen Technik nahezu beliebige optische Bauelemente bestehend aus konventionellem optischem Element und HOE's realisiert werden.
Mit dem vorliegend verwandten Phasenpolarisationshologramm sind theoretische Beugungseffizienzen von 100 % für zirkulär polarisiertes Licht einer Händigkeit (z.B. rein linkshändig zirkulär polarisiertes Licht) erreichbar. Demgegenüber läßt sich z.B. mit einem binären Amplitudenhologramm nur eine maximale Beugungseffizienz von ca. 46 % erzielen. Die hohe Beugungseffizienz von Polarisationshologrammen ist aber für die Anwendung von großer Bedeutung, da bei holographischen optischen Bauteilen mit geringer Beugungseffizienz stets nur ein Teil des Lichtes durch das Hologramm gebeugt wird, so daß der Rest die Funktionsweise des optischen Bauteils stört. Hierbei gilt, daß Polarisationshologramme qualitativ hochwertiger einzuschätzen sind, wenn ausschließlich zirkulär polarisiertes Licht verwendet wird.
Durch das vorstehend beschriebene direkte Schreiben von Polarisationshologrammen auf die eine auf eine ebene Fläche eines optischen Bauteils aufgebrachte PAP-Schicht, entfällt zudem eine Justierung von Hologramm und Bauteil.
Weiterhin ist das PAP-Polymer im Vergleich zu optischen Gläsern preiswert in seiner Herstellung und Verarbeitung.
Zudem steht mit Plankonvexlinsen als Substrat für den PAP-FiIm ein sehr preiswertes optisches Bauelement zur Verfügung.
Außerdem sind mit dem vorliegenden Verfahren Hologramme mit mehr als zwei Quantisierungsstufen (im Gegensatz zum konventionellen photolithographischen Verfahren) nicht aufwendiger in ihrer Herstellung. Auch dies ermöglicht die Realisierung von höherer Beugungseffizienz und qualitativ besseren Hologrammen.
Durch die Verwendung von optischen Bauteilen als Träger im Gegensatz zur Holographie auf ebenen Substraten entstehen deutlich geringere Anforderungen an die Kohärenz der zum Auslesen verwendeten Lichtquelle, da beim Auslesen jedes Hologramms die Kohärenzlänge der Lichtquelle in der Größenordnung der durch das Hologramm verursachten Phasenverschiebung liegen muß. Dient, wie in dem vorliegenden Verfahren, das Hologramm zur optischen Korrektur eines bestehenden optischen Elementes, sind die Anforderungen an die Kohärenz der Leselichtquelle gegenüber einem reinen holographischen optischen Element deutlich schwächer. Damit sind die beschriebenen Kombinationen von holographischem optischen Element und konventionellem optischen Element für eine breitere Auswahl an Lichtquellen einsetzbar.
Die Dicke des Photopolymers wird bevorzugt derart gewählt, daß ein maximaler Phasenunterschied von einer halben Lichtwellenlänge (also 180 Grad = pi) entsteht. Mit den sehr großen Brechungsindexvariationen, die man in PAP-Materialien erreicht (typischerweise mehr als Delta n = 0.1 , siehe B.L. Lachut, S.A. Maier, H.A. Atwater, M. JA de Dood, A. Polman, R. Hagen and S. Kostromin: "Large Spectral birefringence in photo- adressable polymer films", Adv. Mat. 16, 1746 (2004) ) bedeutet das in Transmissionsgeometrie eine Schichtdicke von lambda / Delta n, also bei 600 nm und Delta n=0,1 Wellenlänge:
6 Mikrometer in Transmission bzw. in 3 Mikrometer in Reflexion
(wg. doppeltem Weg durch die Schicht).
Die "bevorzugte Dicke" hängt demnach von der Wellenlänge, dem maximalen Brechungsindexunterschied bei dieser Wellenlänge (Matehaieigenschaft) und der Geometrie ab.
Eine Abbildung eines weiteren optischen Bauteils ist in Fig. 3 gezeigt. Es handelt sich um eine (Zerstreuungs)-ünse, die auf einen quadratischem Bereich auf einen Streifen eines 1 ,6 Mikrometer dicken PAP-Films (Fläche der Linse 5 x 5 mm) belichtet wurde. Die PAP-Schicht ist auf einem im wesentlichen ebenen Substrat aus einem verspiegelten Kunststoff aufgebracht und erscheint gelb, da sie die grüne (Schreib)strahlung absorbiert. Die Linse spiegelt ein Logo des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik (IPM) wieder.
Die „bevorzugte Dicke" liegt z.B. beim dem in Fig. 3 angegebenen Beispiel eines optischen Bauteils bei 1 ,76 Mikrometern (Reflexion, Wellenlänge 670 nm, maximale Brechungsindex-Variation Delta n = 0,19). Bei Versuchen hat sich zudem allgemein eine Schichtdicke im Bereich von 1 ,7 Mikrometer ± 0,2 Mikrometer als Genauigkeit als ausreichend herausgestellt.
Die Verwendung mehrerer PAP Schichten zur Ausbildung eines optischen Elementes ist möglich und wegen der Wellenlängenabhängigkeit der optischen Eigenschaften (Delta n(lambda) und Absorption) auch von Vorteil.
Ein Aufbringen des PAP-Materials auf das optische Element kann entsprechend einer Belackung von Wafem (Photolithographie) und/oder einer Beschichtung beschreibbarer CD-ROM-Rohlinge durchgeführt werden.
Grundsätzlich wird beim vorstehend beschriebenen Schreibvorgang die „ganze" PAP- Schicht in voller Dicke belichtet. Diese Schicht ist aber so dünn, daß sie als "Oberfläche" (im Sinne eines Oberflächen-Hologramms) auffaßbar ist. Vorliegend wird also nicht „in der Tiefe" geschrieben, vielmehr ist die Schicht optisch gesehen nur aus Oberfläche aufzufassen.
Es wurden jedoch auch Versuche durchgeführt, um eine Belichtung in der Tiefe des PAP-Materials zu erreichen, wobei das PAP Material in unterschiedlichen Tiefen belichtet wird.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit hierzu ergibt sich dann, wenn mehrere untereinander liegende PAP-Schichten, die auf verschiedene Schreib-Wellenlängen sensitiviert sind (ähnlich wie beim Farbfilm), verwendet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung optischer Bauteile durch das Belichten in der Tiefe ist insbesondere realisierbar, insbesondere wenn ein optisch homogenes Volumen aus PAP- Polymer verwendet wird.
Weiterhin ist der vorliegende Versuchsaufbau vorzugsweise derart abzuändern, daß das Schreiblicht die PAP-Schicht nicht komplett durchdringt.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Bauteil mit einem als optischem Element ausgebildeten Substrat, wobei eine Seite des Substrats mit einem Film aus einem photo-adressierbaren Polymer beschichtet und in diesem photo-adressierbaren Polymer ein Polarisations- Hologramm erzeugt ist.
2. Optisches Bauteil nach Anspruch 1 , wobei die Seite des Substrats, auf der das photo-adressierbare Polymer angeordnet ist, eben ausgebildet ist.
3. Optisches Bauteil nach Anspruch 2, wobei das Substrat als Plankonvexlinse ausgebildet ist, auf dessen planarer Seite das photo-adressierbare Polymer angeordnet ist.
4. Optisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polarisations- Hologramm als ein Phasen-Polarisations-Holgramm mittels direktem Belichten mit Laserlicht im photo-adressierbaren Polymer ausgebildet ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polarisations-Hologramm durch Belichten einer Oberfläche des photo-adressierbaren Polymers direkt auf dem optischen Element erzeugt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das photo-adressierbare Polymer auf die Oberfläche des Substrats durch Aufschleudern aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Polarisations-Hologramm mittels Laserlicht, insbesondere mittels linear polarisiertem Licht, erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein Phasen-Polarisations- Hologramm im photo-adressierbaren Polymer erzeugt wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei ein kollimierter Strahl polarisierten Lichtes über eine Optik auf die eine Schicht des photo-adressierbaren Polymers auf dem optischen Element fokussier- bar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Einrichtung zur Manipulation einer Polarisationsachse des kollimierten Strahls polarisierten Lichts, die zwischen einer Lichtquelle und der Optik angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein Auftreffpunkt des Lasers auf dem photo-adressierbaren Polymer durch Reflexion an einer bewegbaren Reflexionseinrichtung veränderbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , mit einem Positioniertisch, auf dem das Substrat lagerbar ist, wobei ein Auftreffpunkt des Lasers auf dem photo- adressierbaren Polymer durch Verschiebung des Positioniertisches und/oder Verschiebung des auf dem Positioniertisch angeordneten Substrats veränderbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, mit einem Steuergerät, mit dem eine Orientierung der Polarisationsachse des kollimierten Strahls polarisierten Lichtes und eine Position des Strahlfokus auf dem photo-adressierbaren Polymer steuerbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei eine Lichtquelle zur Erzeugung von Laserlicht, insbesondere Ilinear polarisiertem Licht, vorgesehen ist.
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