UV-Polarisatoren für Wellenlängen von 150 bis 250 nm auf der Basis von Exzitonerzeugung in dielektrischen Materialien (PolEx)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Nano-optische Drahtgitterpolarisatoren ermöglichen die Manipulation des Polarisationszustandes von Licht in kompakten optischen Systemen mit großen Akzeptanzwinkeln und hoher spektraler Breite. Für Anwendungen im ultravioletten und vakuum-ultravioletten Spektralbereich sind die bisher mit konventionellen (metallischen) Drahtgitterpolarisatoren erzielten optischen Eigenschaften jedoch unzureichend. Im Rahmen des Projektes wurden Halbleitermaterialien mit abgestimmter Bandlücke untersucht, um den Anwendungsbereich von nano-optischen Drahtgitterpolarisatoren bis hinunter zu Wellenlängen im Bereich von 160 nm erweitern. Neben den Materialeigenschaften wurden gezielt eingebrachte optische Resonanzen ausgenutzt, um die Polarisationseigenschaften zusätzlich zu erhöhen bzw. deren spektrale Bandbreite zu erweitern. Als besonders vielversprechendes Material hat sich dabei Titanoxid herausgestellt. Zum Erreichen optimaler Polarisationseigenschaften muss die Transmission der nano-optischen Elemente sehr genau kontrolliert werden. Insbesondere die zur Adressierung von Wellenlängen im tiefen ultravioletten Spektralbereich notwendigen kleinen Strukturgrößen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit der realisierten Strukturen. Im Projekt wurde deshalb der Einfluss von Strukturabweichungen wie Gitterhöhe und –breite sowie Pitch-walk und Kantenrauheit auf die optischen Eigenschaften nano-optischer Polarisatoren für den DUV-Spektralbereich untersucht. Im Rahmen des Projektes wurde der Einfluss von Strukturabweichungen auf die Polarisationseigenschaften quantifiziert und eine Methode zur Prozesskontrolle entwickelt, die insbesondere deterministische Strukturabweichungen zukünftig reduzieren können. Auf der Basis der durchgeführten Material- und Strukturuntersuchungen ist es beispielsweise gelungen, nano-optische Polarisatoren zu realisieren, die das bisher weltweit beste Extinktionsverhältnis bei einer Wellenlänge von 193 nm mit einem erreicht Wert von 384 um 100 % übertreffen und bis zu einer Wellenlänge von 170 eine Extinktionsrate über 100 aufweisen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„Design and fabrication of titanium dioxide wire grid polarizer for the far ultraviolet spectral range”, Proc. SPIE 9927-5 (2016)
T. Siefke, E.-B. Kley, A. Tünnermann, S. Kroker
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„Materials Pushing the Application Limits of Wire Grid Polarizers further into the Deep Ultraviolet Spectral Range”, Advanced Optical Materials 4, 1780- 1786 (2016)
T. Siefke, S. Kroker, K. Pfeiffer, O. Puffky, K. Dietrich, D. Franta, I. Ohlídal, A. Szeghalmi, E.- B. Kley, A. Tünnermann
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„Polarization control by deep ultra violet wire grid polarizers” in „Optical characterization of thin film coatings” Springer (2017)
T. Siefke, S. Kroker
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„Simulation of the Influence of Line Edge Roughness on the Performance of Deep Ultraviolet Wire Grid Polarizers”, Proc. SPIE 10330 (2017)
T. Siefke, C. B. Rojas Hurtado, J. Dickmann, M. Heusinger, S. Kroker
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„Determination of structural deviations in wire grid polarizers for DUV application wavelengths by transmission spectroscopy in the visible spectral range”, Proc. SPIE 10678, Optical Micro- and Nanometrology VII, 106780O (24 May 2018)
T. Siefke, W. Dickmann, T. Weichelt, M. Steinert, J. Dickmann, C. B. Rojas Hurtado, B. Bodermann, S. Kroker
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„Line-edge roughness as a challenge for highperformance wire grid polarizers in the far ultraviolet and beyond”, Optics Express 26, 19534- 19547 (2018)
Thomas Siefke, Martin Heusinger, Carol B. Rojas Hurtado, Johannes Dickmann, Uwe Zeitner, Andreas Tünnermann, and Stefanie Kroker
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„Validation of thin film TiO2 optical constants by reflectometry and ellipsometry in the VUV spectral range”, Measurement Science and Technology 30, 045201(2019)
Alexander Gottwald, Karl Wiese, Thomas Siefke, Mathias Richter
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„Entwicklung von stabilen Drahtgitterpolarisatoren für Anwendungen im NIR bis VUV”, Dissertation, Friedrich-Schiller-Universität Jena (2020)
T. Siefke
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„Quasi-bound states in the continuum for deep subwavelength structural information retrieval for DUV nano-optical polarizers”, Optics Express, 28 23060-23197 (2020)
T. Siefke, C. B. R. Hurtado, J. Dickmann, W. Dickmann, T. Käseberg, J. Meyer, S. Burger, U. Zeitner, B. Bodermann, S. Kroker
