DE202011110732U1 - Optical arrangement for laser interference structuring of a sample with beam guidance of the same path length - Google Patents
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Abstract
Optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe (P) mit einem Strahlteiler (1), auf den ein Laserstrahl (l) entlang einer optischen Hauptachse (H) der Anordnung einstrahlbar ist und mit dem dieser eingestrahlte Laserstrahl (l) in einen transmittierten Teilstrahl (tl) und einen reflektierten Teilstrahl (rl) aufteilbar ist, wobei der reflektierte Teilstrahl bevorzugt mit einem Winkel von 90° zur Hauptachse (H) reflektierbar ist, sowie einem im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls (tl) angeordneten ersten Positionierspiegel (2t) und einem im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls (rl) angeordneten zweiten Positionierspiegel (2r), wobei die beiden Positionierspiegel (2t, 2r) zum Reflektieren der beiden Teilstrahlen (tl, rl) auf einen gemeinsamen Zielpunkt (Z) und so angeordnet und ausgerichtet sind, dass die optische Weglänge der beiden Teilstrahlen (tl, rl) zwischen dem Strahlteiler (1) und dem gemeinsamen Zielpunkt (Z) dieselbe ist.Optical arrangement for laser interference structuring of a sample (P) with a beam splitter (1) onto which a laser beam (1) can be irradiated along an optical main axis (H) of the arrangement and with which the laser beam (1) irradiated thereto into a transmitted partial beam (t1) and a reflected partial beam (rl) can be divided, the reflected partial beam preferably being able to be reflected at an angle of 90 ° to the main axis (H), and a first positioning mirror (2t) arranged in the beam path of the transmitted partial beam (t1) and one in the beam path of the the two positioning mirrors (2t, 2r) for reflecting the two partial beams (tl, rl) to a common target point (Z) and are arranged and aligned such that the optical path length of the both sub-beams (tl, rl) between the beam splitter (1) and the common target point (Z) is the same.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Interferenz-Aufbau eines optischen Systems zur Laserinterferenzstrukturierung, also auf eine optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe. The present invention relates to an interference structure of an optical system for laser interference structuring, that is, to an optical arrangement for laser interference patterning of a sample.
Optische Anordnungen zur Laserinterferenzstrukturierung von Proben sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So zeigt die
Aus dem Stand der Technik ist darüber hinaus eine Anordnung mit einem diffraktiven Strahlteiler bekannt, wo die geteilten Strahlen über Linsen wieder zusammengeführt werden (
Wie bereits angedeutet, führt die fehlende Berücksichtigung des geometrischen Wegunterschiedes, also der unterschiedlichen optischen Weglänge der beiden Teilstrahlen nach dem Aufteilen mittels eines Strahlteilers beim erstgenannten Stand der Technik in der Regel zu einer Verminderung der Strukturierungseffizienz. Tritt noch hinzu, dass die Einfallswinkel der beiden Teilstrahlen auf die Oberfläche der zu strukturierenden Probe ungleich sind, das heißt Θ1 ≠ Θ2, dann kann dies zusätzlich zu unsymmetrischen und/oder inhomogenen Strukturen führen. Deshalb ist es in der Regel notwendig, dass die Einfallswinkel der beiden Teilstrahlen auf die Probe gleich sind (Θ1 = Θ2). As already indicated, the lack of consideration of the geometric path difference, ie the different optical path length of the two partial beams after splitting by means of a beam splitter in the first-mentioned prior art generally leads to a reduction of the structuring efficiency. If, in addition, the angles of incidence of the two partial beams on the surface of the sample to be structured are unequal, that is, Θ 1 ≠ Θ 2 , then this can additionally lead to asymmetrical and / or inhomogeneous structures. Therefore, it is usually necessary that the angles of incidence of the two partial beams are equal to the sample (Θ 1 = Θ 2 ).
Mit L1 = (L3 + L5)tanΘ und L4 = L5tanΘ folgt: With L 1 = (L 3 + L 5 ) tanΘ and L 4 = L 5 tanΘ follows:
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung einer Probe zur Verfügung zu stellen, die eine Verminderung der Strukturierungseffizienz sowie unsymmetrische und/oder inhomogene Strukturen vermeidet, also ganz allgemein zu einer verbesserten Interferenzstrukturierung führt. It is therefore an object of the present invention to provide an optical arrangement for laser interference patterning of a sample, which reduces the structuring efficiency as well as unsymmetrical and / or inhomogeneous ones Avoiding structures, so in general leads to an improved interference structuring.
Die vorstehend genannte erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine optische Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung lassen sich jeweils den abhängigen Patentansprüchen entnehmen. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein, dann anhand von mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben. Die in den Ausführungsbeispielen in Kombination miteinander realisierten Einzelmerkmale müssen dabei im Rahmen des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzumfangs nicht genau in der in den Ausführungsbeispielen gezeigten Art und Weise (dies betrifft insbesondere die Positionierung und/oder Ausrichtung einzelner optischer Elemente der Anordnung) realisiert werden, sondern können auch auf andere Art und Weise realisiert werden. Insbesondere können einzelne der gezeigten Merkmale bzw. optischen Elemente auch weggelassen werden oder auch auf andere Art und Weise positioniert und/oder ausgerichtet oder mit anderen optischen Elementen kombiniert werden. The above object of the invention is achieved by an optical arrangement according to
Grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung ist es, die einzelnen zur Strahlführung verwendeten optischen Elemente der Anordnung so zu positionieren und auszurichten, dass ein Zeitunterschied zwischen Laserpulsen der beiden Teilstrahlen, die auf die Probe treffen, vermieden wird. Die einzelnen optischen Elemente der Anordnung werden also so ausgerichtet und angeordnet, dass die optische Weglänge der beiden Teilstrahlen dieselbe ist, dass also kein geometrischer Wegunterschied der beiden Teilstrahlen existiert. Zudem werden die einzelnen optischen Elemente der erfindungsgemäßen Anordnung und die Probe so ausgerichtet und positioniert, dass gleiche Einfallswinkel (relativ zur Oberflächennormalen der zu bearbeitenden Probe) für die beiden auf die Probe einfallenden Teilstrahlen realisiert werden. The basic idea of the present invention is to position and align the individual optical elements of the arrangement used for beam guidance in such a way that a time difference between laser pulses of the two partial beams impinging on the sample is avoided. The individual optical elements of the arrangement are thus aligned and arranged so that the optical path length of the two partial beams is the same, so that no geometric path difference of the two partial beams exists. In addition, the individual optical elements of the arrangement according to the invention and the sample are aligned and positioned so that the same angles of incidence (relative to the surface normal of the sample to be processed) are realized for the two partial beams incident on the sample.
Ein wesentliches optisches Element der Anordnung ist hierbei zunächst ein halbdurchlässiger Strahlteiler, mit dem der zur Strukturierung verwendete (z.B. mittels eines Nd:YAG-Lasers erzeugte), in der Regel gepulste Laserstrahl (Pulsdauer z.B. zwischen 0.01 und 100 Nanosekunden) in die beiden Teilstrahlen, nachfolgend auch als transmittierter und als reflektierter Teilstrahl bezeichnet, aufgeteilt wird. Die beiden Teilstrahlen werden dann, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben, mittels einzelner Spiegel so geführt, dass ein optischer Wegunterschied zwischen den beiden Teilstrahlen vermieden wird. An essential optical element of the arrangement here is first a semipermeable beam splitter, with which the laser beam used for structuring (eg produced by means of a Nd: YAG laser), generally pulsed laser pulse (pulse duration eg between 0.01 and 100 nanoseconds), in the two partial beams, hereinafter also referred to as transmitted and reflected partial beam is divided. The two partial beams are then, as described in more detail below, guided by means of individual mirrors so that an optical path difference between the two partial beams is avoided.
Unter einem Spiegel ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jegliches optisches Element zu verstehen, das in der Lage ist, Laserstrahlen in ihrer Richtung umzulenken (beispielsweise durch Reflexion). Ebenso wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem Reflektieren eines (Teil)Strahls ganz allgemein jegliches Umlenken dieses Strahls verstanden, unabhängig davon, welcher konkrete physikalische Prozess (an dem dazu verwendeten optischen Element) letztendlich zu diesem Umlenken führt. Entsprechend wird unter einer Transmission eines (Teil)Strahls durch ein verwendetes optisches Element (insbesondere: Strahlteiler) verstanden, dass zumindest ein Teil des entsprechenden Laserstrahls dieses optische Element ohne Richtungsänderung durchdringt. For the purposes of the present invention, a mirror is to be understood as meaning any optical element capable of deflecting laser beams in their direction (for example by reflection). Likewise, in the context of the present invention, reflecting a (partial) beam generally means any deflection of this beam, irrespective of which concrete physical process (at the optical element used therefor) ultimately leads to this deflection. Correspondingly, a transmission of a (partial) beam through a used optical element (in particular: beam splitter) means that at least a part of the corresponding laser beam penetrates this optical element without changing direction.
Die vorliegende Erfindung beschreibt somit eine optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung, bei der durch eine gezielte Positionierung von Spiegeln gleiche Weglängen der Teilstrahlen realisiert werden, so dass die zeitliche Verzögerung der Überlappung von Pulsen unterschiedlicher Teilstrahlen Null ist. Dies ist insbesondere für Lasersysteme mit kürzeren Pulsdauern von Bedeutung, da die zeitliche Verzögerung, die insbesondere bei sehr kurzen Laserpulsen beim Auftreffen auf die Probe einen kritischen Wert darstellt (
Darüber hinaus wird mit der vorliegenden Erfindung auch eine Verbesserung des Kontrasts zwischen den Interferenzmaxima und -minima erreicht. Der Kontrast ist dabei der Intensitätsunterschied zwischen Interferenzmaxima und -minima bei der Überlappung zweier Pulse. Für den idealen Fall (zeitliche Verzögerung ist gleich Null) soll gelten: IntensitätMaxima = 2 × IntensitätAusgangsstrahl (vor dem Strahlteiler 1) und IntensitätMinima = 0. Moreover, the present invention also achieves an improvement in the contrast between the interference maxima and minima. The contrast is the intensity difference between interference maxima and minima in the overlap of two pulses. For the ideal case (time delay is equal to zero) the following applies: intensity maxima = 2 × intensity output beam (before the beam splitter 1) and intensity minima = 0.
Die erfindungsgemäße optische Anordnung lässt sich zur direkten Interferenzstruktuierung von Proben unterschiedlichsten Aufbaus (z.B. von Metallsubstraten, Kunststoffsubstraten oder auch Halbleitersubstraten) aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen (wie zum Beispiel der Solarindustrie, der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Optik oder der Sensorik) einsetzen. Darüber hinaus sind insbesondere auch im Bereich der Elektronik oder des Flugzeugbaus unterschiedlichste Strukturierungsanwendungen denkbar. The optical arrangement according to the invention can be used for the direct interference patterning of samples of a wide variety of structures (for example of metal substrates, plastic substrates or also semiconductor substrates) from different fields of application (such as the solar industry, the automotive industry, medical technology, optics or sensor technology). In addition, a wide variety of structuring applications are conceivable, in particular in the field of electronics or aircraft engineering.
Eine erfindungsgemäße optische Anordnung zur Laserinterferenzstrukturierung umfasst einen bevorzugt halbdurchlässigen Strahlteiler, auf den ein Laserstrahl entlang einer optischen Hauptachse der Anordnung eingestrahlt werden kann und mit dem dieser Laserstrahl in einen durchgelassenen (transmittierten) Teilstrahl und einen umgelenkten (reflektierten) Teilstrahl aufgeteilt werden kann. Der reflektierte Teilstrahl wird dabei durch den Strahlteiler bevorzugt mit einem Winkel von 90° zur Hauptachse reflektiert bzw. umgelenkt. Die Anordnung umfasst darüber hinaus einen im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls angeordneten ersten Positionierspiegel und einen im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls angeordneten zweiten Positionierspiegel. Die beiden Positionier-spiegel sind so angeordnet (3D Position im Raum) und ausgerichtet (3D Orientierung im Raum), dass sie die beiden Teilstrahlen auf einen gemeinsamen Zielpunkt (in dem dann das zu strukturierende Bauteil angeordnet werden kann) umlenken, also reflektieren. Die Anordnung und Ausrichtung geschieht dabei (wie nachfolgend noch anhand von Beispielen gezeigt) so, dass die optische Weglänge der beiden Teilstrahlen zwischen dem Strahlteiler und dem gemeinsamen Zielpunkt der beiden Teilstrahlen dieselbe ist. An optical arrangement according to the invention for laser interference structuring comprises a preferably semipermeable beam splitter onto which a laser beam can be irradiated along an optical main axis of the arrangement and with which this laser beam can be split into a transmitted (transmitted) sub-beam and a deflected (reflected) sub-beam. The reflected partial beam is preferably reflected or deflected by the beam splitter at an angle of 90 ° to the main axis. The arrangement further comprises one in the beam path of the transmitted sub-beam arranged first positioning mirror and arranged in the beam path of the reflected sub-beam second positioning mirror. The two positioning mirrors are arranged (3D position in space) and aligned (3D orientation in space), that they divert the two partial beams to a common target point (in which then the component to be structured can be arranged), so reflect. The arrangement and alignment takes place (as shown below with reference to examples) so that the optical path length of the two partial beams between the beam splitter and the common target point of the two partial beams is the same.
Wie nachfolgend noch im Detail beschrieben, können im Strahlengang der beiden Teilstrahlen zwischen dem Strahlteiler und dem Zielpunkt weitere die Teilstrahlen umlenkende bzw. reflektierende optische Elemente, die als Umlenkspiegel bezeichnet werden, hinzutreten. Die beiden Positionierspiegel sind jedoch diejenigen Spiegel im Strahlengang, die die letzte Umlenkung der Teilstrahlen zum gemeinsamen Zielpunkt hin bewirken. In der Regel (dies muss jedoch nicht so sein), sind die Positionierspiegel ortsfest angeordnet, jedoch hinsichtlich derjenigen Oberfläche, die die Umlenkung der Teilstrahlen bewirkt, variabel (das heißt sie ermöglichen eine unterschiedliche Orientierung der Spiegelfläche im Raum). Im Gegensatz dazu (auch dies muss jedoch nicht so sein) sind die optional verwendeten weiteren Umlenkspiegel in der Regel sowohl ortsfest positioniert, als auch mit einer festen, nicht-variablen Orientierung ihrer Spiegelflächen im Raum versehen (festgelegte Orientierung der Spiegelfläche). Die Veränderung der Orientierung der Spiegelfläche der Positionierspiegel kann beispielsweise mit Hilfe einer entsprechenden Motorsteuerung realisiert sein. Die ortsfeste Positionierung der Positionierspiegel und/oder der Umlenkspiegel kann mit Hilfe einer ebenen Grundplatte, auf der die einzelnen Spiegel verschraubt werden können, realisiert werden. As described in more detail below, in the beam path of the two partial beams between the beam splitter and the target point further optical elements which deflect or reflect the partial beams, which are referred to as deflecting mirrors, can be added. However, the two positioning mirrors are those mirrors in the beam path that cause the last deflection of the partial beams towards the common target point. In general (but this need not be so), the positioning mirrors are arranged stationary, but with respect to that surface which causes the deflection of the partial beams, variable (that is, they allow a different orientation of the mirror surface in space). In contrast to this (however, this need not be so), the optionally used further deflecting mirrors are usually both stationarily positioned and provided with a fixed, non-variable orientation of their mirror surfaces in space (fixed orientation of the mirror surface). The change in the orientation of the mirror surface of the positioning mirror can be realized for example by means of a corresponding motor control. The stationary positioning of the positioning mirror and / or the deflection mirror can be realized by means of a flat base plate on which the individual mirrors can be screwed.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Anordnung so ausgebildet, dass ein zu strukturierender Oberflächenabschnitt der zu strukturierenden Probe am Zielpunkt so positioniert werden kann (z.B. über eine Probenhalterung auf der Grundplatte), dass die Einfallswinkel der beiden Teilstrahlen dieselben sind: Die beiden Winkel zwischen der Flächennormale auf diesem Oberflächenabschnitt der Probe einerseits und dem mittels des jeweiligen Positionierspiegels auf diesen Oberflächenabschnitt eingestrahlten Teilstrahlabschnittes andererseits sind somit identisch (Θr = Θt, wobei hier „r“ für den reflektierten bzw. vom Strahlteiler umgelenkten Teilstrahl und „t“ für den vom Strahlteiler hindurch gelassenen bzw. transmittierten Teilstrahl steht). Advantageously, the arrangement according to the invention is designed so that a surface portion of the sample to be structured at the target point can be positioned (eg via a sample holder on the base plate) that the incidence angle of the two partial beams are the same: the two angles between the surface normal on this The surface section of the sample on the one hand and the partial beam section incident on this surface section by means of the respective positioning mirror on the other hand are thus identical (Θ r = Θ t , in which case "r" for the reflected partial beam deflected by the beam splitter and "t" for the partial beam left by the beam splitter or transmitted partial beam is available).
In einer weiteren vorteilhaften Variante sind die beiden Positionierspiegel so angeordnet und ausgerichtet, dass für den transmittierten und den reflektierten Teilstrahl die optische Weglänge zwischen dem Strahlteiler und der Auftreffposition auf dem jeweiligen Positionierspiegel gleich lang ist und dass für den transmittierten und den reflektierten Teilstrahl die optische Weglänge zwischen dieser Auftreffposition und dem gemeinsamen Zielpunkt ebenfalls gleich lang ist. In a further advantageous variant, the two positioning mirrors are arranged and aligned so that the optical path length between the beam splitter and the impact position on the respective positioning mirror is the same for the transmitted and the reflected partial beam and that for the transmitted and the reflected partial beam, the optical path length is also the same length between this impact position and the common target point.
Grundsätzlich muss dies jedoch nicht der Fall sein: So können die beiden Positionierspiegel auch so angeordnet werden, dass die Weglängen (im reflektierten und im transmittierten Teilstrahl) zwischen Strahlteiler und Positionierspiegel unterschiedlich lang sind, wobei dann diese unterschiedliche Länge durch entsprechende Weglängenunterschiede auf der Strecke zwischen dem jeweiligen Positionierspiegel und dem gemeinsamen Zielpunkt wieder ausgeglichen wird. In principle, however, this need not be the case: the two positioning mirrors can also be arranged so that the path lengths (in the reflected and in the transmitted partial beam) between the beam splitter and the positioning mirror are of different lengths, in which case this different length is caused by corresponding path length differences on the distance between the respective positioning mirror and the common target point is compensated again.
Hierbei muss dann ggf. auch die Probenorientierung und -positionierung im Raum so angepasst werden, dass auch die beiden Einfallswinkel Θr und Θt auf die zu strukturierende Probenoberfläche bei den beiden Teilstrahlen identisch sind. In this case, if necessary, the sample orientation and positioning in the room must be adjusted so that the two angles of incidence Θ r and Θ t are identical to the sample surface to be structured in the two partial beams.
Wie bereits angedeutet ist vorteilhafterweise im Strahlengang mindestens eines der Teilstrahlen zwischen dem Strahlteiler und dem Positionierspiegel mindestens ein den betreffenden Teilstrahl umlenkender Umlenkspiegel angeordnet. Vorteilhafterweise ist sowohl im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls als auch in demjenigen des transmittierten Teilstrahls mindestens ein Umlenkspiegel zwischen Strahlteiler und Positionierspiegel vorhanden. As already indicated, at least one deflecting mirror deflecting the relevant partial beam is advantageously arranged in the beam path of at least one of the partial beams between the beam splitter and the positioning mirror. Advantageously, at least one deflecting mirror is present between the beam splitter and the positioning mirror both in the beam path of the reflected partial beam and in that of the transmitted partial beam.
In einer weiteren vorteilhaften Variante sind der Strahlteiler sowie die Umlenkspiegel so angeordnet und ausgerichtet, dass für mehrere, bevorzugt für alle der Umlenkspiegel der Winkel zwischen dem jeweils einfallenden Teilstrahlenabschnitt (im reflektierten und/oder im transmittierten Teilstrahl) und der Normalen auf die Spiegelfläche (des Strahlteilers und/oder des betreffenden Umlenkspiegels) identisch ist. Bevorzugt ist die Anordnung darüber hinaus so gestaltet, dass dieser Winkel für mehrere, bevorzugt für alle Umlenkspiegel und bevorzugt auch für den Strahlteiler 45° beträgt. In a further advantageous variant of the beam splitter and the deflection mirror are arranged and aligned so that for several, preferably for all of the deflection mirror, the angle between the respective incident partial beam portion (in the reflected and / or in the transmitted partial beam) and the normal to the mirror surface (of the Beam splitter and / or the respective deflection mirror) is identical. In addition, the arrangement is preferably designed such that this angle is 45 ° for several, preferably for all deflecting mirrors and preferably also for the beam splitter.
In einer weiteren vorteilhaften erfindungsgemäßen Anordnung sind beide Teilstrahlen (also der reflektierte wie auch der transmittierte Teilstrahl) zwischen dem Strahlteiler und ihrem jeweiligen Positionier-spiegel zumindest abschnittsweise, bevorzugt in einem Abschnitt vor ihrem Auftreffen auf den jeweiligen Positionierspiegel, parallel geführt. Ebenso ist es vorteilhaft, beide Teilstrahlen zwischen dem Strahlteiler und ihrem jeweiligen Positionierspiegel zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig in genau einer durch die beiden Teilstrahlen aufgespannten Ebene (die dann in der Regel parallel zu einer ebenen Grundplatte, auf der die einzelnen Spiegel befestigt sind, liegt) zu führen. Dabei ist es dann möglich, die Spiegelfläche der Positionierspiegel so im Raum zu orientieren, dass der gemeinsame Zielpunkt außerhalb dieser Ebene (z.B. oberhalb dieser Ebene auf der der Grundplatte gegenüberliegenden Seite) liegt. Ebenso ist es jedoch auch denkbar, die Positionierspiegel so anzuordnen und auszurichten, dass der gemeinsame Zielpunkt in dieser Ebene liegt. In a further advantageous arrangement according to the invention, both partial beams (ie the reflected as well as the transmitted partial beam) are guided in parallel at least in sections between the beam splitter and its respective positioning mirror, preferably in a section prior to its impact on the respective positioning mirror. It is likewise advantageous to use both partial beams between the beam splitter and its respective positioning mirror at least in sections, preferably completely in exactly one plane spanned by the two partial beams (which is then generally parallel to a flat base plate on which the individual mirrors are mounted). It is then possible to orient the mirror surface of the positioning mirror in the space such that the common target point lies outside this plane (eg above this plane on the side opposite the base plate). However, it is also conceivable to arrange and align the positioning mirrors such that the common target point lies in this plane.
Weitere spezifische Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich den abhängigen Ansprüchen 8 bis 10 entnehmen, wobei besonders vorteilhafte dieser erfindungsgemäßen Anordnungen, die jeweils alle in diesen Ansprüchen genannten Einzelmerkmale in Kombination miteinander verwirklichen, in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben sind. Further specific arrangements according to the present invention can be found in the dependent claims 8 to 10, wherein particularly advantageous these inventive arrangements, each realize all mentioned in these claims individual features in combination, are described in the following embodiments.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Anordnung darüber hinaus mit dem den Laserstrahl erzeugenden Laser versehen (der auch auf der Grundplatte befestigt werden kann, um in fester räumlicher Beziehung zu den anderen optischen Elementen der Anordnung zu stehen). Hierbei kann insbesondere ein gepulster Laser mit einer Pulsdauer im Bereich zwischen 0.01 ns und 100 ns eingesetzt werden, der schließlich den Laserstrahl auf den Strahlteiler einstrahlt. Ebenso ist es jedoch denkbar, einen kontinuierlichen Laser einzusetzen. Vorteilhafte Lasertypen sind Festkörperlaser (Neodym-YAG; neodymdotiertes Glas (Nd: Glas) und Ytterbium-dotierte Gläser und Keramiken), Argon-Ionen-Laser, Kupferdampflaser (Metalldampflaser) oder Ti-Saphir Laser mit Wellenlängen im Infrarot (z.B. 1064 und 800 nm), im Sichtbaren (z.B. 532 und 514,5 nm) oder im UV-Bereich (z.B. 355, 351 oder 266 nm). Advantageously, the arrangement according to the invention is further provided with the laser beam generating laser (which can also be mounted on the base plate to be in fixed spatial relation to the other optical elements of the arrangement). In this case, in particular a pulsed laser with a pulse duration in the range between 0.01 ns and 100 ns can be used, which finally irradiates the laser beam onto the beam splitter. However, it is also conceivable to use a continuous laser. Advantageous laser types are solid-state lasers (neodymium-YAG, neodymium-doped glass (Nd: glass) and ytterbium-doped glasses and ceramics), argon ion lasers, copper vapor lasers (metal vapor lasers) or Ti sapphire lasers with wavelengths in the infrared (eg 1064 and 800 nm ), in the visible (eg 532 and 514.5 nm) or in the UV range (eg 355, 351 or 266 nm).
Selbstverständlich können neben den bereits genannten optischen Elementen beliebige weitere optische Elemente im Strahlengang des Lasers vor dem Auftreffen auf den Strahlteiler (hier insbesondere Fokussierlinsen und/oder Blenden) oder auch im Teilstrahlengang des reflektierten und/oder des transmittierten Laserstrahls vorhanden sein (sofern letztere die Gleichheit der beiden optischen Weglängen nicht zerstören). Of course, in addition to the already mentioned optical elements any other optical elements in the beam path of the laser before hitting the beam splitter (in particular focusing lenses and / or aperture) or in the partial beam path of the reflected and / or the transmitted laser beam be present (if the latter equality the two optical path lengths do not destroy).
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße optische Anordnung anhand dreier Ausführungsbeispiele beschrieben. The optical arrangement according to the invention will be described below with reference to three exemplary embodiments.
Dabei zeigen: Showing:
Die optische Anordnung aus
Sämtliche nachfolgend noch beschriebenen optischen Bauteile sind auf der in
Der halbdurchlässige Strahlteiler
Im Strahlengang des reflektierten Teilstrahls rl ist in Strahlrichtung gesehen hinter dem Strahlteiler
Ebenso wie beim Strahlteiler
Im durch den Strahlteiler
Im Strahlengang des transmittierten Teilstrahls tl nach dem vorderen Umlenkspiegel
Auch der erste Positionierspiegel
In Strahlrichtung entlang der Hauptachse H gesehen folgen bei der gezeigten Anordnung somit zunächst der Laser
Anstelle der Kombination
Die beiden hinsichtlich der Orientierung ihrer Spiegelfläche im Raum variablen Positionierspiegel
Durch einen hier nicht gezeigten (eine variable Orientierung der zu strukturierenden Probe P im Raum ermöglichenden), auf der Grundplatte befestigten Probenhalter kann die zu strukturierende Oberfläche der Probe P im Zielpunkt Z angeordnet und so orientiert werden, dass die Einfallswinkel der beiden an den Positionierspiegeln
Aufgrund der vorbeschriebenen symmetrischen Ausrichtung der beiden Positionierspiegel
Das Bezugszeichen N bezeichnet hier die Oberflächennormale N auf die zu strukturierende Oberfläche der Probe P (zwischen dieser und den einfallenden Teilstrahlen werden die Winkel Θr und Θt gemessen). The reference symbol N here denotes the surface normal N on the surface of the sample P to be structured (the angles Θ r and Θ t are measured between the latter and the incident sub-beams).
Wie
Durch die gezeigten Positionierungen und Orientierungen der einzelnen optischen Elemente lassen sich somit gleiche Weglängen für beide Teilstrahlen realisieren. Es werden somit die Strahlen an den Umlenkspiegeln und am Strahlteiler immer um 45° reflektiert. Hierdurch ergibt sich jeweils ein Weg, der für beide Teilstrahlen gleich groß ist. Die beiden Positionierspiegel werden dann dazu genutzt, um die Teilstrahlen exakt auf die zu bearbeitende Probe zu justieren, wodurch schließlich auch Θt = Θr erreicht wird und Unsymmetrien und Inhomogenitäten in der Interferenzstruktur am Objekt vermieden können. As a result of the positions and orientations of the individual optical elements shown, it is thus possible to realize identical path lengths for both partial beams. Thus, the beams at the deflecting mirrors and at the beam splitter are always reflected by 45 °. This results in each case a path that is the same size for both partial beams. The two positioning mirrors are then used to precisely adjust the partial beams to the sample to be processed, whereby finally Θ t = Θ r is achieved and asymmetries and inhomogeneities in the interference structure at the object can be avoided.
Im in
Im gezeigten Fall sind die Elemente
Im vorliegenden Fall von
Da nicht nur die Weglängen rla und tla zwischen Positionierspiegel und Probe identisch sind, sondern auch die Weglängen zwischen dem Strahlteiler
Die in
Die beiden Positionierspiegel
Durch die beiden identischen Wegstreckenabschnitte rl und tl einerseits und rla und tla andererseits sowie die geeignete Orientierung von Probe P und Spiegelflächen
Im gezeigten Fall sind die Streckenabschnitte zwischen Strahlteiler
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- A. Lasagni, P. Shao, J. Hendricks, C. M. Shaw, D. Martin and S. Das „Direct fabrication of periodic patterns with hierarchical sub-wavelength structures on poly(3,4-ethylene dioxythiopene)-poly(styrene sulfonate) thin films using femtosecond laser interferene patterning, Applied Surface Science 256(2010) 1708–1713 [0003] A. Lasagni, P. Shao, J. Hendricks, CM Shaw, D. Martin and S. The Direct Production of Periodic Patterns with Sub-wavelength Structural Structures on Poly (3,4-Ethylene dioxythiopene) -poly (styrenesulfonates) thin films using femtosecond laser interfering patterning, Applied Surface Science 256 (2010) 1708-1713 [0003]
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