Reetz, Andreas: Rigorose Beugungssimulation- und Design von subwellenlängenstrukturierten optischen Elementen

Abstract in Deutsch:

Aus anisotrop angeordneten Subwellenlängenstrukturen kann ein doppelbrechendes effektives Medium erzeugt werden. Phasengitter aus einem solchen effektiven Medium ermöglichen eine starke Polarisationsabhängigkeit der Beugungseffizienz. Mit rigorosen Berechnungsmethoden (rigorous coupled-wave analysis - RCWA) wird am Beispiel eines diffraktiven subwellenlängenstrukturierten Polarisationsstrahlteilers [Wüster et. al. Nano-imprinted subwavelength gratings as polarizing beamsplitters. J. Eur. Opt. Soc.-Rapid Publ. 17, 4 (2021)] der Einfluss von Geometrieabweichungen auf die Beugungseffizienz untersucht. Die Variation von Parametern im Design von subwellenlängenstrukturierten Phasengittern wird untersucht und mit einer Messung der Beugungseffizienz verglichen. Die Parameter Flankenwinkel, Strukturhöhe, Periode, Material und Füllfaktor werden betrachtet. Fresnelreflexion an Vorder- und Rückseite des Elements werden mit einbezogen. Das Design des diffraktiven Polarisationsstrahlteilers wird für Licht im sichtbaren Spektralbereich adaptiert. Eine Strategie zum Design von subwellenlängenstrukturierten optischen Elementen wird formuliert. Dieser Ansatz wird am Design von über den Polarisationswinkel schaltbaren Blaze- und Dammann-Gittern demonstriert. Es werden Blazegitter mit hoher Effizienz in der 1. Beugungsordnung für TM- und in der 2. Beugungsordnung für TE-polarisertes Licht entwickelt. Dieser Ansatz kann in der Richtung einer diffraktive Linse mit einer doppelt so großen Brennweite für TM- wie für TE-polarisiertes Licht weiterentwickelt werden. Außerdem werden Dammann-Gitter entworfen, die für TM-Polarisation 3 oder 7 Beugungsordnungen mit gleich großer Effizienz haben, während für TE-Polarisation nur die 0. Beugungsordnung effizient ist. Außerdem wird ein Design für ein Dammann-Gitter mit 3 Beugungsordnungen gleicher Beugungsffizienz für TE- und 7 Beugungsordnungen gleicher Beugungsffizienz für TM-Polarisation entwickelt. Alle diffraktiven optischen Elemente sind für die Fertigung der Subwellenlängenstruktur mit Nanoimprintlithographie konzipiert.