Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

Forschung — 47 Abb. 2. a) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines pixelierten Polarisationssensorchips, b) gemessene Polarisationssignale einzelner Pixel, c) Konzept eines gestapelten Polarisationssensors mit mehreren Funktionsebenen. Die Analyse oder Manipulation des Polarisationszu- standes ist für viele Anwendungen der optischen Mess- und Verfahrenstechnik sowie im Bereich der Life Sci- ences erforderlich. Die Einsatzgebiete erstrecken sich von Scatterometrie, Ellipsometrie, Fernerkundung und Lithografie bis hin zur Lab-on-a-Chip Technologie. Grundlegend lassen sich alle benötigten Polarisations- zustände, also lineare, zirkulare und elliptische Polari- sation mittels Kombinationen aus Verzögerungsplatten und Linearpolarisatoren erzeugen und analysieren. Da- zu haben sich nanooptische Realisierungen dieser Ele- mente und insbesondere der Polarisatoren (sog. Draht- gitterpolarisatoren) etabliert. Besondere Vorteile sind eine äußerst kompakte Bauform bei gleichzeitig großen freien Aperturen und weitgehender Einfallswinkelunab- hängigkeit. Durch die Fortschritte der Mikrosystemtech- nik der letzten Jahrzehnte wurde es möglich, die nöti- gen Subwellenlängenstrukturen auch für den VUV-Be- reich (120nm – 200nm Wellenlänge) zu realisieren. Un- sere Arbeiten haben gezeigt, dass hierfür ein Wechsel der Materialsysteme erforderlich ist. So konnten im Rahmen eines DFG Projektes (PolEx (GZ. KR 4768/1-1)) in Kooperation mit der Physikalisch Technischen Bun- desanstalt sowie der Masaryk Universität in Brno (Tschechische Republik) Elemente aus Titanoxid mit bisher unerreichtem Kontrastverhältnis gezeigt wer- den [1,2]. In weiteren ausführlichen Untersuchungen wurde eine erhebliche Sensitivität der Extinktionsrate und der Transmission gegenüber der Kantenrauheit festgestellt [3]. Diese und frühere Ergebnisse zu tech- nologischen Einflüssen [4] erlauben eine zukünftige Adaption der Prozesstechnologie und damit weitere Verbesserungen der Performanz. Zusätzlich wurden erste Konzepte für die in-situ Prozessüberwachung [5] und scatterometrische Geometriemessung erarbei- tet [6]. Durch die lithografische Erzeugung der polarisati- ons-optischen Komponenten kann die Ausrichtung auf einem Substrat in einer Pixelanordnung variiert werden. In Verbindung mit einem Kamerachip wurde ein erster Prototyp einer Polarisationskamera realisiert (s. Abb.2). Im weiteren Verlauf des Projektes Center of Excellence in Photonics: Stacked Three Dimensional Polarimeter wird dieses Verfahren genutzt, um ein Polarimeter zur Bestimmung der optischen Aktivität von Flüssigkeiten aufzubauen. Dazu ist eine Kombination aus Retarder und Polarisatoren notwendig. Diese werden in mehre- ren Ebenen auf einem gemeinsamen Substrat realisiert. Die dazu notwendige Verkapselungstechnologie wurde im BMBF Projekt (NanoInt) erarbeitet. [1] T. Siefke, et al., Adv. Opt. Mater. 4 (11), 1780-1786 (2016) [2] T. Siefke, et al., in Proc. SPIE, 92706 (2016) [3] T. Siefke, et al., in Proc. SPIE - Int. Soc. Opt. Eng. (2017) [4] T. Siefke, et al., Opt. Lett. 39 (22), 6434-6437 (2014) [5] C. Stock, T. Siefke, U. Zeitner, E. Kley, Ilmenau 11 (2017) [6] C. B. Rojas, et al., in Proc. SPIE, 10330 (2017) Nanooptische Polarisatoren für kurze Wellenlängen a) b) c)