Nanooptische Strukturen

Mikromechanisch durchstimmbare Fabry-Pérot Filter, die auf dem Halbleitermaterial Indium-Phosphid (InP) basieren, sind im Wellenlängenbereich ab 1μm einsetzbar. Integriert in optische Detektionssysteme können sie deshalb im Nahinfrarotbereich die Leistungsfähigkeit entscheidend verbessern, insbesondere im Hinblick auf spektroskopische Anwendungen.

Werden die Filterflächen mit nano-optischen Strukturen versehen, können die Polarisationseigenschaften, durch Ausnutzung der photonischen Banddiagrammen und Symmetriebetrachtungen, kontrolliert werden. Dies erweitert die Anwendungsmöglichkeiten der Bauelemente, beipielsweise für die polarisationsselektive Spektroskopie. Die Kavitätswellenlänge der Filter wird elektrostatisch durchgestimmt. Da die Eigenschaften nanooptischer Strukturen, wie etwa die strukturbedingte Doppelbrechung, von der Wellenlänge abhängen, ist es möglich diese ebenfalls im gewünschten Maße innerhalb des Durchstimmbereichs zu verändern.

Durch Modellrechnungen werden die Eigenschaften der Strukturen einzeln und als Bestandteil der Filter bestimmt. Die Nanostrukturen liegen im Bereich von 100 nm und werden mit einer Focused Ion Beam Anlage (FIB) direkt oder mit Hilfe von Elektronenstrahllithographie und anschließendem Trockenätzschritt hergestellt. Für eine spätere, kostengünstige Herstellung können parallel arbeitende Verfahren wie die Nanoimprint-Lithographie verwendet werden.

In der Messtechnik können die polarisationsselektiven und durchstimmbaren Filterbauelemente als Sensoren verwendet werden. Mögliche Anwendungsbereiche sind die Bestimmung von Gaskonzentrationen bei chemischen oder medizinischen Untersuchungen sowie die Messung von Doppelbrechung zur Materialeigenschaftsanalyse. Die Größe der MEMS-Strukturen ermöglicht überdies den Aufbau der Elemente auf kleinsten Flächen, wie z.B. das Ende einer Glasfaser.