FAQ zum Thema Gitter

Ibsen Quarzglas Transmissionsgitter sind Transmissionsgitter, die direkt in die Oberfläche eines Quarzglas Substrats strukturiert sind und keine anderen Materialien als Quarzglas enthalten. Sie sind im Wesentlichen eine binäre Struktur, die monolithisch mit dem Quarzglas Substrat verbunden ist. Ein REM-Bildbeispiel eines typischen Transmissionsgitter ist hier dargestellt:

Wir strukturieren unsere Transmissionsgitter durch 2-Strahl-Interferometrie (auch holographisch genannt) oder lithographisch, zunächst in Photoresist, der dann als Ätzmaske verwendet wird, um das Transmissionsgitter Muster durch Reaktives Ionenätzen (RIE) in das Quarzglas zu übertragen. Jedes Transmissionsgitter ist somit ein originalgetreues, hochwertiges Master, keine Replik.

Die Gittergleichung gilt für jede Art von Beugungsgitter. Wir verwenden die folgende Terminologie:

Gittergleichung:

m · λ = Λ · (sin θ_I + sin θ_D)

wobei:

m ist die m-te Beugungsordnung
λ ist die Wellenlänge der Beleuchtung
Λ ist die Gitterperiode
θ_I ist der Einfallswinkel der Beleuchtung
θ_D ist der Beugungswinkel der Beleuchtung für die m-te Beugungsordnung,

in Bezug auf das folgende Schema:

Reflexionsgitter bestehen typischerweise aus einem Substratmaterial (meist Glas), einem Epoxidharz oder Photoresist, in das das Gitter eingearbeitet ist, und schließlich einer metallischen Beschichtung an der Oberfläche. Alle Gittertypen erreichen ihre höchste Effizienz, wenn sie auf einen Littrow-Einfallswinkel (Bragg-Einfallswinkel) optimiert sind. Bei Reflexionsgittern bedeutet dies, dass das Licht rückreflexartig zurückgeworfen wird, während bei Transmissionsgittern der Ausgang vom Eingang getrennt ist. Daher sind Reflexionsgitter besonders vorteilhaft, wenn eine Rückreflexion erwünscht ist (wie etwa bei Laserkavitäts-Feedback), während Transmissionsgitter für die meisten anderen Anwendungen (wie Spektroskopie, Pulscompression und optische Transmissionskomponenten) am besten geeignet sind.

Transmissionsoptiken im Allgemeinen und Transmissionsgitter im Besonderen sind wesentlich einfacher zu justieren als ihre reflektierenden Pendants. Die folgende technische Notiz erläutert, warum dies der Fall ist: Warum sind Transmissionsgitter weniger empfindlich gegenüber dem Einfallswinkel als Reflexionsgitter?

Oberflächenrelief, Quarzglas Transmissionsgitter sind monolithisch in die Quarzglas Substratoberfläche integriert und thermisch und umwelttechnisch genauso stabil wie das leere Quarzglas Substrat. VPH-Transmissionsgitter werden in einem Gelatinematerial aufgezeichnet, das zwischen 2 Substraten liegt, wobei die Kanten versiegelt sind, da das Gelatinematerial umwelttechnisch instabil ist. Die Temperatur Belastbarkeit von VPH-Transmissionsgitter auf Gelatinebasis beträgt kaum mehr als 100 Grad C, während Quarzglas Transmissionsgitter über 1000 Grad C aushalten können.

Die Beugungseffizienz von Oberflächenreliefgittern ist 3-mal weniger empfindlich gegenüber Variationen des Einfallswinkel als dicke VPH-Gitter. Dies ist fundamental (kann aus Kogelniks ursprünglicher Gitteranalyse abgeleitet werden) und hängt mit der Brechungsindexmodulation der Gitter zusammen – siehe zum Beispiel “Dielectric surface-relief gratings with high diffraction efficiency” von Kiyoshi Yokomori, Applied Optics / Vol. 23, No. 14 / 15 July 1984.

Für eine schmale Bandbreite können Quarzglas Transmissionsgitter theoretisch so konstruiert werden, dass sie einen Wirkungsgrad von über 99 % für eine einzelne (TE-(s) oder TM(p)) Polarisation oder sogar für beide Polarisationen gleichzeitig aufweisen. Für größere Bandbreiten gibt es einen Kompromiss zwischen der spektralen Breite und sowohl dem durchschnittlichen als auch dem maximalen Wirkungsgrad, der erreicht werden kann. Für Transmissionsgitter mit Bandbreiten von einer Oktave (d. h. bei denen die Endwellenlänge doppelt so groß ist wie die Startwellenlänge) oder mehr können Quarzglas Transmissionsgitter typischerweise einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 75 % aufweisen. Schmalbandige Transmissionsgitter (bis zu einer halben Oktave) können typischerweise einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 90 % oder mehr aufweisen.

Während die mikrostrukturierte Gitteroberfläche nicht physisch berührt werden sollte, kann die auf Quarzglas basierende Gitterstruktur den meisten chemischen Reinigungen standhalten. Badbasierte Reinigungsprozesse können für eine einfache Aceton-IPA-DI-Wasser-Reinigung eingerichtet werden, aber die Transmissionsgitter können auch mit Reinigungsmitteln, moderatem Ultraschall, Säuren oder alkalischen Chemikalien behandelt werden.

Für regelmäßige Reinigungsanforderungen im Labor empfehlen wir die kommerzielle Reinigungslösung namens „First Contact“. Dieses Reinigungsprodukt eignet sich effektiv für viele Reinigungsanforderungen von Optiken. Weitere Informationen zu First Contact finden Sie auf der Website des Herstellers: http://photoniccleaning.com.

Transmissionsoptiken im Allgemeinen und Transmissionsgitter im Besonderen sind wesentlich einfacher zu justieren als ihre reflektierenden Pendants. Die folgende technische Notiz erläutert, warum dies der Fall ist: Warum sind Transmissionsgitter weniger empfindlich gegenüber dem Einfallswinkel als Reflexionsgitter?

Wir stellen Transmissionsgitter für den gesamten Transmissionsbereich von Quarzglas her, der unterhalb von 200 nm beginnt und über 2000 nm hinausgeht. Die folgende Abbildung zeigt die UV-Anwendbarkeit von UV-tauglichem Quarzglasmaterial (und damit von UV-Quarzglas Transmissionsgitter) - hier dargestellt als die externe Transmission (d.h. es gibt ca. 8% Oberflächen-Fresnel-Reflexionsverlust) eines 6,35 mm dicken Substrats.

Quarzglas Transmissionsgitter können genauso viel Leistung und Energie verarbeiten wie leere Quarzglassubstrate. Quantitative Werte hängen von der Wellenlänge und der Pulslänge ab. Bei CW-Beleuchtung wurden unsere Transmissionsgitter bei mehr als 400 kW/cm2 eingesetzt, während unsere Transmissionsgitter mit fs-Lasern bei mehr als 20 TW/cm2 eingesetzt wurden. Klicken Sie hier für weitere Informationen über High-Power-Transmissionsgitter.

Wir verwenden holographische Stepper- und Lithographie-Stepper-basierte Produktionsanlagen für die kosteneffiziente, volumenstarke Produktion von Transmissionsgitter mit Größen von bis zu ca. 50 mm x 50 mm, und wir sind in der Lage, Transmissionsgitter Größen bis zu 100-120 mm Abmessungen herzustellen.

Quarzglas Transmissionsgitter können über 1000 Grad C standhalten. Der CTE von Quarzglas ist sehr niedrig (0,5×10-6/°C), so dass die Gitterperiode sehr unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen ist. Da außerdem die Änderung des Brechungsindex von Quarzglas mit der Temperatur ebenfalls sehr gering ist (1,28×10−5/°C bei 20 Grad C), ist auch die Beugungseffizienz Variation in Bezug auf die Temperatur vernachlässigbar.

Sie können mehr in unserem Whitepaper über Quarzglas Transmissionsgitter lesen: White-paper-Fused-Silica-Transmission-Gratings