Firmenzeitschrift LASER COMPONENTS GmbH Nr. 39 / September 2005

Bei Bandpassfiltern, Kurz und Langpässen, hat sich im Verlauf der letzten Jahre eine kleine technische Revolution ereignet. Die Kanten werden ungeahnt steil, die Transmission hoch und die Unterdrückung unerwünschter Bänder erreicht vorher kaum für möglich gehaltene Werte. Ein gelungenes Beispiel hierfür ist die ALPHA Serie von Omega Optical. Mittlerweile ist in vielen Systemen der Dichroit das begrenzende Element. Warum ist das so? Bandpassfilter, Kurz und Langpasse, sind immer für senkrechten Lichteinfall ausgelegt, Polarisationseffekte des Lichtes spielen keine Rolle. In der Natur des Dichroiten liegt aber die schiefe Inzidenz und damit spielen Polarisationseffekte eine Rolle. Da unsere Kunden erfahrungsgemäß auf dem Weg zu neuen Produkten gern die technischen Grenzen ausloten, haben wir den folgenden stichpunktartigen Leitfaden ausgearbeitet:

1. Je größer der Umlenkwinkel, desto breiter der Kantenbereich. 90° geht, 60° wäre besser, 30° noch besser. Frage: Muss der Einfallswinkel unbedingt 45° sein, oder kann ich auch mit weniger auskommen?

2. Paralleles Licht ist nahezu zwingend, die Divergenz des einfallenden Bündels sollte höchstens 2° bis 3° betragen. Je niedriger der Umlenkwinkel, je größer kann auch die Divergenz sein. Mit zunehmendem Einfallswinkel verschiebt sich die Kante ins kurzwellige.
Frage: Kann der parallele Strahlengang realisiert werden?

3. Ist die Anregung ein s polarisierter Laser, kann die Kante beliebig steil gestaltet werden, mit einer Beschränkung über die Breite des Emissionsbereiches. Je breiter dieser ist, desto größer ist der Aufwand für die Steilheit der Kante (siehe Beispiel DS, geometrische Gesamtdicke ca. 5,5 µm, Kantenbreite (Delta OD6) ca. 2% relativ, also 10 nm bei 505 nm Anregungswellenlänge).
Frage: Ist Laseranregung sinnvoll?

4. Für eine Anregung mit natürlichem Licht ist die Kantensteilheit ebenfalls mit der Breite des Emissionsbereiches verknüpft. Auch hier lassen sich steile Kanten herstellen, aber eben nicht beliebig steil und um den Preis eines erhöhten Aufwandes (siehe Beispiel DN, 78 Schichten, geometrische Gesamtdicke ca. 8,4 µm, Kantenbreite (Delta OD6) ca. 4% relativ, also 20 nm bei 505 nm Anregungswellenlänge). Hinzu kommt hier, dass die tiefe Sperrung (OD6) nur für einen schmalen Spektralbereich gilt.
Frage: Ab weicher konkreten Wellenlänge soll transmittiert oder auch reflektiert werden und wie breit muss der Bereich sein?
Zum Vergleich Zahlen aus dem OMEGA Standardprogramm: Die steilen DRSP Filter haben eine Kantenbreite (Delta OD 2) von 25 nm bei einer Reflexionsbreite von ca. 40 nm und einer Transmissionsbreite von etwa 125 nm. Der DCLP Typ hat eine Kantenbreite von ca. 55 nm bei einer Reflexionsbreite von ca. 100 nm und einer Transmissionsbreite von mehreren hundert nm.

5. Prinzipiell kann der Kantenbereich eines Dichroiten unter schiefer Inzidenz ähnlich gestaltet werden wie für die Filter unter senkrechter Inzidenz, d.h. Dichroiten mit Bandpassfunktionen sind möglich.
Frage: Derzeit noch keine, da dieser Lösungsweg noch wenig untersucht ist.

6. Was die Fertigungstoleranzen betrifft, rechnen wir immer mit mindestens 1 % Schichtdickeninhomogenität. Die Homogenität über eine Fläche, von Teil zu Teil bzw. von Charge zu Charge, kann z.B. bei einer Kantenlänge von 515 nm zwischen +/ 5 nm tolerieren. Resultierend daraus kann dann Anregung und Emission nicht getrennt werden, wenn diese nur 10 bis 15 nm auseinander liegen.
Frage: Habe ich diese Toleranzen bei der Spezifikation berücksichtigt?

7. Die beiden angeführten Beispiele sind über weite Bereiche gültig. Die Abszisse kann beliebig verschoben werden, sofern das über die Wellenzahl geschieht. Auch im UV funktioniert dies alles, allerdings bei steigendem Aufwand.
Frage: Habe ich diese Spezifikationen schon bei LASER COMPONENTS angefragt?

Wir bedanken uns bei Herrn Uwe Schallenberg von der Firma mso jena für das Grundgerüst zu diesem Leitfaden. Wer im Moment nicht unbedingt den ultimativen Dichroiten spezifizieren muss, greift vielleicht zum neuen Breitbandstrahlteiler UV VIS aus dem mso Standardprogramm. Dieser universelle Dichroit sollte in keinem Labor fehlen.