Na­no­op­ti­sche Struk­tu­ren auf weit durch­stimm­ba­ren MEMS Fa­bry-Pe­rot Fil­tern

In diesem Projekt werden nano-optische Strukturen, wie etwa  photonische Kristalle oder Subwellenlängen Gitter, erforscht. Diese sollen dazu dienen die optischen Eigenschaften von Filtern zu  optimieren, so dass sie im Idealfall je nach Anwendung maßgeschneidert werden können.

Mikromechanisch durchstimmbare Fabry-Perot Filter, die auf demHalbleitermaterial Indium-Phosphid (InP) basieren, sind imWellenlängenbereich ab 1µm einsetzbar. Integriert in optischeDetektionssysteme können sie deshalb im Nahinfrarotbereich dieLeistungsfähigkeit entscheidend verbessern, insbesondere im Hinblickauf spektroskopische Anwendungen.

Abb: InP PhC Filter

Werden die Filterflächen mit nano-optischen Strukturen versehen,können die Polarisationseigenschaften, durch Ausnutzung derphotonischen Bandstrukturen und Symmetriebetrachtungen, kontrolliertwerden. Dies erweitert die Anwendungsmöglichkeiten der Bauelementefür neue Anwendungen, beipielsweise für die polarisationsselektiveSpektroskopie. Die Kavitätswellenlänge der Filter wirdelektrostatisch durchgestimmt. Da die Eigenschaften nanooptischerStrukturen, wie etwa die strukturbedingte Doppelbrechung, von derWellenlänge abhängen, ist es möglich diese ebenfalls im gewünschtenMaße innerhalb des Durchstimmbereichs zu verändern.

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

Photonische Kristalle (Detail)

Die polarisationsselektiven und durchstimmbaren Filterbauelemente könnenals Sensoren im Bereich der Meßtechnik verwendet werden. Aufgrund ihrerEigenschaften ist sowohl der Einsatz in polarisationsoptischen sowie spektroskopischen Verfahren möglich. Die Größe der MEMS-Strukturen ermöglicht überdies die Integrationder Bauelemente auf kleinsten Flächen, wie z.B. dem Ende einer Glasfaser. Beispiele für mögliche Anwendungsgebiete sind die Bestimmung von Gaskonzentrationenbei chemischen oder medizinischen Untersuchungen oder auch die Messung von Doppelbrechung zur Bestimmung von Materialeigenschaften.