DE60202636T2

DE60202636T2 - Rasterpolarisationseinrichtung

Info

Publication number: DE60202636T2
Application number: DE60202636T
Authority: DE
Inventors: Andrew F. Kurtz; Sujatha Ramanujan; Xiang-Dong Mi
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Moxtek Inc
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: EP1239308A3; EP1239308B1; JP4152645B2; EP1239308A2; US20020122235A1; DE60202636D1; JP2002328234A; US6532111B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Rasterpolarisationseinrichtungen im Allgemeinen und insbesondere mehrschichtige Rasterpolarisationseinrichtungen und Strahlenteiler für das sichtbare Spektrum.
Die Verwendung einer Anordnung aus parallel geführten Drähten zur Polarisation von Funkwellen ist seit über 110 Jahren bekannt. Drahtraster in Form einer Anordnung aus dünnen, parallelen Leitern, die von einem transparenten Substrat gehalten werden, finden als Polarisationseinrichtungen für den Infrarotanteil des elektromagnetischen Spektrums Verwendung.
Der entscheidende Faktor, der die Leistung einer Rasterpolarisationseinrichtung bestimmt, ist die Beziehung zwischen dem Mittenabstand, auch als Periode oder Teilung bezeichnet, der parallelen Rasterelemente und der Wellenlänge des einfallenden Lichts. Wenn der Rasterabstand oder die Periode im Vergleich zur Wellenlänge lang ist, dient das Raster als Beugungsgitter statt als Polarisator und beugt beide Polarisationen, wenn auch nicht unbedingt mit gleichem Wirkungsgrad, nach allgemein bekannten Grundsätzen. Wenn der Rasterabstand (p) viel kleiner als die Wellenlänge ist, dient das Gitter als Polarisator, der die parallel zum Raster polarisierte elektromagnetische Strahlung („S"-Polarisation) reflektiert und die Strahlung der orthogonalen Polarisation („P"-Polarisation) durchlässt oder überträgt.
Die Übergangsregion, in der sich die Rasterperiode im Bereich von ungefähr der Hälfte der Wellenlänge bis zum Doppelten der Wellenlänge bewegt, ist durch abrupte Änderungen der Übertragungs- und Reflexionseigenschaften des Gitters gekennzeichnet. Ein abrupter Anstieg des Reflexionsvermögens und ein entsprechender Abfall der Übertragung von Licht, das orthogonal zu den Rasterelementen polarisiert ist, tritt bei einer oder mehreren bestimmten Wellenlängen an einem gegebenen Einfallswinkel auf. Diese Effekte wurden erstmals 1902 von Wood beschrieben und werden häufig als „Woodsche Anomalien" bezeichnet. 1907 hat Rayleigh die Daten von Woods analysiert und erkannt, dass die Anomalien bei bestimmten Kombinationen von Wellenlängen und Winkeln auftreten, bei denen eine Beugung höherer Ordnung erfolgt.
(Rayleigh entwickelte die folgende Gleichung, um die Lage der Anomalien vorherzusagen, die üblicherweise in der Literatur als "Rayleighsche Resonanzen" bezeichnet werden.) λ = ε(n +/– sinθ)/k (1)wobei (ε) für die Gitterperiode steht, n für den Brechungsindex des das Gitter umgebenden Mediums, k für eine ganze Zahl, die der Ordnung des Beugungsterms entspricht und Lambda sowie Theta für die Wellenlänge und den Einfallswinkel (beide in Luft bemessen), bei dem die Resonanz auftritt.
Für Gitter, die auf einer Seite eines dielektrischen Substrats gebildet sind, kann n in der vorausgehenden Gleichung gleich 1 oder gleich dem Brechungsindex des Substratmaterials sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die längste Wellenlänge, an der eine Resonanz auftritt, durch folgende Gleichung gegeben ist: λ = ε(n + sinθ) (2)wobei n für den Brechungsindex des Substrats steht.
Die Winkelabhängigkeit verschiebt den Übertragungsbereich mit zunehmendem Winkel auf größere Wellenlängen. Dies ist wichtig, wenn der Polarisator als Polarisationsstrahlenteiler oder als Polarisationsumlenkspiegel vorgesehen ist.
Eine Rasterpolarisationseinrichtung reflektiert Licht im Allgemeinen so, dass der Vektor des elektrischen Feldes parallel („S"-Polarisation) zu den Drähten des Gitters verläuft, während Licht so übertragen wird, dass der Vektor des elektrischen Feldes rechtwinklig („P"-Polarisation) zu den Drähten des Gitters verläuft, wobei die Einfallebene rechtwinklig zu den Drähten des Gitters angeordnet sein kann, aber nicht muss, wie in der vorliegenden Schrift besprochen wird. Die Rasterpolarisationseinrichtung dient im Idealfall als perfekter Spiegel für die Polarisation von Licht, beispielsweise S-polarisiertes Licht, und ist dann für die andere Polarisation, also P-polarisiertes Licht, vollständig transparent. In der Praxis absorbieren jedoch sogar die am stärksten reflektierenden Metalle, die als Spiegel verwendet werden, einen Anteil des einfallenden Lichts und reflektieren nur 90% bis 95%; auch Normalglas überträgt aufgrund der Oberflächenreflexionen auch nicht 100% des einfallenden Lichts. Die Leistung einer Rasterpolarisationseinrichtung und anderer Polarisationseinrichtungen ist weitgehend durch das Kontrastverhältnis oder Extiktionsverhältnis gekennzeichnet, wie über den Bereich der betreffenden Wellenlängen und Einfallswinkel gemessen. Für eine Rasterpolarisationseinrichtung oder einen Polarisationsstrahlenteiler kann sowohl das Kontrastverhältnis für den übertragenen Strahl (Tp/Ts) als auch für den reflektierten Strahl (Rs/Rp) von Interesse sein.
Historisch gesehen wurden Rasterpolarisationseinrichtungen zur Verwendung im infraroten Bereich entwickelt und waren für sichtbare Wellenlängen nicht erreichbar. Der Hauptgrund dafür ist, dass die Verarbeitungstechniken keine Unterwellenlängenstrukturen erzeugen konnten, die für den effektiven Betrieb im sichtbaren Spektrum klein genug waren. Nominell sollte der Gitterabstand oder die Teilung (p) für den effektiven Betrieb (für p 0,10–0,13 μm bei sichtbaren Wellenlängen) kleiner als ~λ/5 sein, während sogar feinere Teilungsstrukturen (beispielsweise p ~λ/10) weitere Verbesserungen in Bezug auf den Kontrast der Vorrichtung bringen können. Mit den jüngsten Weiterentwicklungen der Verarbeitungstechniken, beispielweise der extremen 0,13 μm UV-Fotolithografie von Interferenzlithografie wurden Gitterstrukturen für sichtbare Wellenlängen möglich. Obwohl es in der Technik mehrere Beispiele für Rasterpolarisationseinrichtungen für sichtbare Wellenlängen gibt, bieten diese Einrichtungen nicht die sehr hohen Extinktionsverhältnisse (> 1.000:1) über das breite sichtbare Spektrum, die für anspruchsvolle Anwendungen erforderlich sind, wie beispielsweise der digitalen Kinoprojektion.
Eine interessante Rasterpolarisationseinrichtung wird von Garvin et al. in US-A-4,289,381 beschrieben, worin zwei oder mehr Drahtgitter auf einem einzelnen Substrat angeordnet oder durch eine dielektrische Zwischenschicht getrennt sind. Jedes der beiden Drahtgitter wird separat aufgebracht, und die Drähte sind dick genug (100–1.000 nm), um gegen einfallendes Licht undurchlässig zu sein. Die Drahtgitter multiplizieren sich, d.h. dass ein einzelnes Drahtgitter nur einen Polarisationskontrast von 500:1 erzielt, beide Drahtgitter in Kombination jedoch 250.000:1. Diese Vorrichtung wird in Bezug auf die Verwendung in dem Infrarotspektrum (2–100 μm) beschrieben, obwohl die Konzepte auch auf die sichtbaren Wellenlän gen ausgedehnt werden können. Da diese Einrichtung zwei oder mehr Drahtgitter in Reihe verwendet, geht das erhöhte Kontrastverhältnis zulasten eines reduzierten Übertragungswirkungsgrads und Winkelakzeptanz. Die Einrichtung ist zudem nicht für eine hochwertige Extinktion des reflektierten Strahls ausgelegt, was ihren Wert als Polarisationsstrahlenteiler einschränkt.
Ein Rasterpolarisationsstrahlenteiler für den Bereich der sichtbaren Wellenlängen wird von Hegg et al. in US-A-5,383,053 beschrieben, worin die Metalldrähte (mit Teilung p << λ und ~150 nm) auf Metallgitterlinien aufgebracht sind, von denen jede auf Glas oder einem Kunststoffsubstrat aufgebracht ist. Diese Einrichtung ist darauf ausgelegt, einen großen Teil des sichtbaren Spektrums abzudecken (0,45–0,65 μm), aber die antizipierte Polarisationsleistung ist eher moderat und bringt es auf ein Kontrastverhältnis von insgesamt 6,3:1.
Tamada et al beschreibt in US-A-5,748,368 eine Rasterpolarisationseinrichtung für das Nahinfrarotspektrum (0,8–0,95 μm), in der die Struktur der Drähte speziell geformt ist, um die Leistung zu verbessern. In diesem Fall erfolgt der Betrieb im Nahinfrarotspektrum mit einer Drahtstruktur mit langem Gitterabstand (λ/2 < p < λ) anstatt des nominell kleinen Gitterabstands, (p ~λ/5) durch Ausnutzen einer der Resonanzen in der Übertragungsregion zwischen dem Rasterpolarisationsstrahlenteiler und dem Beugungsgitter. Die Drähte, von denen jeder ca. ~140 nm dick ist, werden auf einem Glassubstrat in einer Anordnung mit Keilplatten aufgebracht. Die Einrichtung benutzt eine Kombination aus trapezförmigen Drähten, einer Indexanpassung zwischen dem Substrat und einer Keilplatte und einer Einfallswinkelseinstellung zur Abstimmung des Betriebs der Einrichtung auf ein Resonanzband. Diese Einrichtung erzeugt zwar eine akzeptable Extinktion von ca. 35:1, die für viele Anwendungen ausreichend wäre, aber der Kontrast ist für Anwendungen ungeeignet, die eine höhere Leistung benötigen, wie beispielsweise digitales Kino. Diese Einrichtung arbeitet nur innerhalb schmaler Wellenlängenbänder (~25 nm) einwandfrei und ist recht winkelempfindlich (eine Verschiebung des Einfallswinkels um 2° verschiebt das Resonanzband um ~30 nm). Diese Überlegungen machen die Einrichtung für Breitband-Wellenlängenanwendungen ungeeignet, in denen das Drahtgitter in einem empfindlichen optischen System eingesetzt wird (z.B. mit F/2).
US-A-6,108,131 (Hansen et al.) und 6,122,103 (Perkins et al.), beide erteilt an Moxtek Inc. aus Orem, UT, USA, beschreiben Rasterpolarisationseinrichtungen für das sichtbare Spektrum. US-A-6,108,131 beschreibt eine Rasterpolarisationseinrichtung, die für den Betrieb im sichtbaren Bereich des Spektrums entworfen wurde. Das Drahtgitter besteht nominell aus einer Reihe einzelner Drähte, die direkt auf einem Substrat mit einem Rasterabstand von 0,13 μm (p ~λ/5), einer Drahtnennbreite von 0,052–0,078 μm (w) und einer Drahtdicke (t) von größer als 0,02 μm ausgebildet sind. Durch Verwendung eines Rasterabstands oder einer Teilung von 0,13 μm weist diese Einrichtung die erforderliche subsichtbare Wellenlängenstruktur auf, um im Allgemeinen über dem langwelligen Resonanzband und in dem Drahtgitterbereich betrieben werden zu können. US-A-6,122,103 beschreibt einige Verbesserungen an der grundlegenden Drahtgitterstruktur, die darauf ausgelegt sind, das Wellenlängenspektrum zu erweitern und die Effizienz und den Kontrast über dem verwendeten Wellenlängenspektrum zu verbessern, ohne feinere Teilungsstrukturen zu benötigen (wie ~λ/10). Es werden unterschiedliche Techniken benutzt, um den effektiven Brechungsindex (n) in dem das Drahtgitter umgebenden Medium zu reduzieren und das Resonanzband der längsten Wellenlänge auf kürzere Wellenlängen zu verschieben (siehe Gleichungen (1) und (2)). Dies wird erreicht, indem man einfach die Glasstruktur mit einer dielektrischen Schicht beschichtet, die als Antireflexionsschicht (AR) dient, und dann das Drahtgitter auf dieser dielektrischen Zwischenschicht aufbringt. Die dielektrische Zwischenschicht reduziert den Brechungsindex des Lichts an dem Drahtgitter wirksam und verschiebt dadurch das Resonanzband der längsten Wellenlänge auf kürzere Wellenlängen. US-A-6,122,103 beschreibt zudem Alternativkonstruktionen, bei denen der Wirkindex durch Ausbildung von Nuten in den Räumen zwischen den Drähten reduziert wird, so dass die Nuten sich in das eigentliche Substrat erstrecken und/oder in die dielektrische Zwischenschicht, die auf dem Substrat aufgebracht ist. Infolge dieser konstruktiven Verbesserungen verschiebt sich das Band der niedrigen Wellenlänge um ~50–75 nm nach unten, was eine Abdeckung des gesamten sichtbaren Spektrums ermöglicht. Der mittlere Wirkungsgrad wird zudem über das sichtbare Spektrum um ~5% gegenüber der grundlegenden Rasterpolarisationseinrichtung nach dem Stand der Technik verbessert.
Zwar sind die in US-A-6,108,131 und 6,122,103 beschriebenen Einrichtungen deutliche Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik, aber es gibt sowohl bei den Rasterpolarisationseinrichtungen als auch bei den Polarisationsstrahlenteilern weitere Möglichkeiten zur Leistungsverbesserung. Insbesondere für optische Systeme mit nicht polarisierten Lichtquel len, in denen der Lichtwirkungsgrad maximiert werden muss, sind Polarisationsstrahlenteiler, die eine hohe Extinktion der reflektierten und übertragenen Strahlen ermöglichen, wertvoll. Da die kommerziell erhältlichen Rasterpolarisationseinrichtungen von Moxtek nur einen Kontrast von ca. 20:1 statt 100:1 oder sogar 2.000:1 für den reflektierten Kanal liefern, ist deren Verwendungsmöglichkeit beschränkt. Die Leistung dieser Einrichtungen variiert zudem erheblich über dem sichtbaren Spektrum insofern, als dass der Polarisationsstrahlenteiler Kontrastverhältnisse für den übertragenen Strahl zwischen ca. 300:1 und ca. 1200:1 von blau nach rot liefert, während die Kontrastverhältnisse des reflektierten Strahls zwischen 10:1 und 30:1 variieren. Es gibt also Raum für eine Verbesserung des Polarisationskontrasts insbesondere im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums sowie eine gleichmäßigere Extinktion über dem sichtbaren Spektrum. Zudem gibt es Raum, um den Polarisationskontrast für das übertragene p-polarisierte Licht über die von den Rasterpolarisationseinrichtungen nach dem Stand der Technik erzielten Ergebnisse hinaus zu verbessern. Derartige Verbesserungen wären für die Konstruktion elektronischer Abbildungssysteme besonders vorteilhaft, beispielsweise elektronischer Projektionssysteme, u.a. für das digitale Kino.
Es besteht Bedarf nach einer verbesserten Rasterpolarisationseinrichtung, insbesondere zur Verwendung in Systemen für sichtbares Licht, die ein breites Wellenlängenband und hohen Kontrast (mindestens 1.000:1) voraussetzen. Zudem besteht Bedarf nach einer verbesserten Rasterpolarisationseinrichtung zur Verwendung bei Einfallswinkeln von ca. 45 Grad.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Rasterpolarisationseinrichtung zur Polarisation eines einfallenden Lichtstrahls ein eine Oberfläche aufweisendes Substrat. Ein Gitter oder eine Anordnung paralleler, lang gestreckter, leitender Drähte ist auf der ersten Oberfläche angeordnet, wobei die einzelnen benachbarten Drähte mit einer Rasterperiode voneinander beabstandet sind, die kleiner als eine Wellenlänge des einfallenden Lichts ist. Jeder der Drähte umfasst in seinem Inneren eine Unterstruktur aus lang gestreckten Metalldrähten und abwechselnd damit lang gestreckten dielektrischen Schichten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht einer Rasterpolarisationseinrichtung nach dem Stand der Technik.
2a und 2b Kurven zur Darstellung der relativen Leistung der Rasterpolarisationseinrichtungen und der Polarisationsstrahlenteiler nach dem Stand der Technik, die zum Betrieb innerhalb des sichtbaren Spektrums ausgelegt sind.
3a und 3b Kurven zur Darstellung des Verhältnisses des übertragenen, reflektierten und gesamten Polarisationskontrasts zur Wellenlänge im sichtbaren Spektrum für einen Rasterpolarisationsstrahlenteiler nach dem Stand der Technik.
4 eine Darstellung des zum Einfallswinkel abgetragenen gesamten Kontrasts für Licht von 500 nm für einen Rasterpolarisationsstrahlenteiler nach dem Stand der Technik.
5a–5d Schnittansichten der verschiedenen Konfigurationen der erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtung.
6a und 6b grafische Kurven zur Darstellung des Kontrastverhältnisses von reflektierter und übertragener Polarisation zur Wellenlänge sowie des Gesamtkontrastverhältnisses zur Wellenlänge für eine erfindungsgemäße Rasterpolarisationseinrichtung, wobei die Einrichtung eine Struktur aus sechs Schichten umfasst.
7a und 7b grafische Kurven zur Darstellung des Kontrastverhältnisses von reflektierter und übertragener Polarisation zur Wellenlänge sowie des Gesamtkontrastverhältnisses zur Wellenlänge für eine erfindungsgemäße Rasterpolarisationseinrichtung, wobei die Einrichtung eine Struktur aus achtzehn Schichten umfasst.
8a und 8b grafische Kurven zur Darstellung des Kontrastverhältnisses von reflektierter und übertragener Polarisation zur Wellenlänge sowie des Gesamtkontrastverhältnisses zur Wellenlänge für eine erfindungsgemäße Rasterpolarisationseinrichtung, wobei die Einrichtung eine Struktur aus achtzehn wechselnden Schichten umfasst.
9a und 9b grafische Kurven zur Darstellung des Kontrastverhältnisses von reflektierter und übertragener Polarisation zur Wellenlänge sowie des Gesamtkontrastverhältnisses zur Wellenlänge für eine erfindungsgemäße Rasterpolarisationseinrichtung, wobei die Einrichtung eine Struktur aus fünf Schichten umfasst.
10a und 10b grafische Kurven zur Darstellung des Kontrastverhältnisses von reflektierter und übertragener Polarisation zur Wellenlänge sowie des Gesamtkontrastverhältnisses zur Wellenlänge für eine erfindungsgemäße Rasterpolarisationseinrichtung, wobei die Einrichtung eine Struktur aus fünf wechselnden Schichten umfasst.
Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf die Zeichnungen, in denen verschiedene Elemente der vorliegenden Erfindung mit Bezugsziffern genannt werden und in der die Erfindung so erläutert wird, dass einschlägige Fachleute die Erfindung nutzen und verwerten können.
1 zeigt eine einfache Rasterpolarisationseinrichtung nach dem Stand der Technik, die dazu dient, Begriffe zu definieren, die in einer Reihe von Beispielen nach dem Stand der Technik sowie gemäß der Erfindung verwendet werden. Die Rasterpolarisationseinrichtung 100 umfasst eine Mehrzahl paralleler, leitender Elektroden 110, auf denen ein dielektrisches Substrat 120 angeordnet ist. Die Vorrichtung ist durch den mit „p" bezeichneten Gitterabstand oder die Teilung oder Periode der Leiter, die Breite „w" der einzelnen Leiter sowie die Dicke „t" der einzelnen Leiter gekennzeichnet. Eine Rasterpolarisationseinrichtung verwendet Subwellenlängenstrukturen, so dass die Teilung (p), die Leiter- oder Drahtbreite (w) und die Leiter- oder Drahtdicke (t) kleiner als die Wellenlänge des einfallenden Lichts (λ) sind. Ein von einer Lichtquelle 132 erzeugter Lichtstrahl 130 fällt in einem Winkel θ zur Normalen auf den Polarisator, wobei die Einfallsebene orthogonal zu den leitenden Elementen verläuft. Die Rasterpolarisationseinrichtung 100 teilt diesen Strahl in einen gerichtet reflektierten Lichtstrahl 140 und einen nicht gebeugten, übertragenen Lichtstrahl 150. Es werden die normalen Definitionen für die S- und P-Polarisationen verwendet, so dass bei dem Licht mit der S-Polarisation der Polarisationsvektor orthogonal zu der Einfallsebene und somit parallel zu den leitenden Elementen verläuft. Im Unterschied dazu verläuft der Polarisationsvektor für Licht mit P-Polarisation parallel zur Einfallsebene und somit orthogonal zu den leitenden Elementen.
2a zeigt für Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Spektrums die Kurve des Übertragungswirkungsgrads 200 und die Kurve des Kontrastverhältnisses der übertragenen P-Polarisation 205 für einen kommerziell erhältlichen Rasterpolarisationsstrahlenteiler von Moxtek Inc. aus Orem, UT, USA. Diese Einrichtung ist ähnlich dem in US-A-6,108,131 beschriebenen, einfachen Rasterpolarisationsstrahlenteiler, der Drähte mit einer Teilung von ca. 130 nm (p ~λ/5) (aus parallelen, leitenden Elektroden 110) und einen Arbeitszyklus von 40–60% (52–78 nm Drahtbreite (w)) aufweist, aufgebracht auf einem dielektrischen Substrat 120. Die Metalldrähte sind definitionsgemäß > 20 nm dick, was eine ausreichende Metalldicke gewährleistet, damit die Eindringtiefe (δ) für sichtbare Wellenlängen überschritten wird. Die Daten dieser Einrichtung stehen für einen Lichtstrahl mit moderater numerischer Apertur (NA), der in einem Einfallswinkel (θ) von 45° auf die Rasterpolarisationseinrichtung 100 fällt. Da diese Einrichtung den einfallenden Lichtstrahl 130 in zwei ausgehende, polarisierte Strahlen (140 und 150) teilt, deren Bahnen räumlich von der eintretenden Lichtbahn unterschieden werden können, gilt diese Einrichtung als ein Rasterpolarisationsstrahlenteiler. Die Kurve für das übertragene Kontrastverhältnis 200 misst den mittleren Kontrast des übertragenen, „p"-polarisierten Lichts relativ zum übertragenen „s"-polarisierten Licht (Tp/Ts), wobei das „s"-polarisierte Licht unerwünschtes Streulicht ist. Desgleichen misst die Kurve für das reflektierte Kontrastverhältnis 210 den mittleren Kontrast des reflektierten „s"-polarisierten Lichts relativ zum „p"-polarisierten Licht (Rs/Rp). 2b zeigt für Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Spektrums die mittlere Leistung einer kommerziell erhältlichen Rasterpolarisationseinrichtung 100 von Moxtek für einen senkrecht einfallenden (θ = 0°) Lichtstrahl 130 mit moderater numerischer Apertur (NA). Konkret wird die Kurve des Übertragungswirkungsgrads 220 und die Kurve des übertragenen Kontrastverhältnisses 225 gezeigt (für „p"-polarisiertes Licht). Die Leistung beider Einrichtungen, die im Allgemeinen übertragene Strahlen „p"-polarisierten Lichts mit Kontrastverhältnissen von > 300:1 erzeugen, ist recht gut und für viele Anwendungen ausreichend.
Obwohl die Leistung der in 2a und 2b gezeigten Kurven in Bezug zu bisherigen Rasterpolarisationseinrichtungen und Rasterpolarisationsstrahlenteilern im Allgemeinen sehr gut ist, bleibt immer noch Raum für Verbesserungen. Insbesondere das Kontrastverhältnis des reflektierten, „s"-polarisierten Strahls ist recht niedrig, wie durch die Kurve für das reflektierte Kontrastverhältnis 210 für den Rasterpolarisationsstrahlenteiler gemessen. Der Polarisationskontrast beträgt nur ca. 10:1 im blauen Spektrum (bei 450 nm) und steigt auch im roten Spektrum (650 nm) nur auf ca. 40:1 an. In Anwendungen, in denen sowohl die reflektierten als auch die übertragenen Strahlen auf einen guten Polarisationskontrast angewiesen sind, ist diese Leistung nicht ausreichend. In LCD-gestützten, elektronischen Projektionssystemen, in denen das projizierte Licht sowohl durch den Polarisationsstrahlenteiler übertragen als auch von diesem reflektiert wird, und in denen die Strahlen empfindlich sind (F/4 oder weniger), bedeutet eine niedrige Reflexionsleistung, dass das System durch zusätzliche Komponenten ergänzt werden muss. Hinzu kommt, dass dieser Rasterpolarisationsstrahlenteiler nach dem Stand der Technik zwar ein Kontrastverhältnis von ca. 1200:1 im roten Spektrum erzielt, aber dass die Polarisation mit der Wellenlänge erheblich variiert und im niedrigen blauen Spektrum auf ca. 400:1 abfällt (siehe Kurve des Kontrastverhältnisses der übertragenen P-Polarisation 205 in 2a).
Die Leistung der einfachen Rasterpolarisationseinrichtung kann verbessert werden, indem man die Breite der Drähte, die Dicke der Drähte, die Teilung der Drähte oder eine Kombination dieser drei Faktoren verändert. Diese Konstruktionsänderungen liefern jedoch nicht notwendigerweise Kontrastverhältnisse, wie sie für den reflektierten Strahl oder über die benötigten Wellenlängenbänder wünschenswert sind. Die in US-A-6,122,103 beschriebenen Verbesserungen der Rasterpolarisationsleistung, die der Verbreiterung des Wellenlängenbandes dienen und den Übertragungswirkungsgrad erhöhen, indem die Interaktion des einfallenden Lichts mit dem dielektrischen Substrat 120 modifiziert wird, liefern auch nicht unbedingt ausreichende Kontrastverhältnisse für Breitband-Hochkontrastanwendungen mit sichtbarem Licht. Die Rasterpolarisationseinrichtungen nach US-A-6,108,131 und 6,122,103 sowie die übrigen, zuvor genannten Patente zu Rasterpolarisationseinrichtungen nutzen nur Resonanzeffekte innerhalb der Ebene(n) der langgestreckten Drähte (Ebene X:Y aus 1), die die Rasterpolarisationseinrichtung oder die Rasterpolarisationsstrahlenteiler umfasst. Da das einfallende Licht mit den Drähten und dem dielektrischen Substrat 120 gleichzeitig zusammenwirkt, beeinträchtigen die strukturellen Details an der Schnittstelle auch die Leistung (wie in US-A-6,122,103 beschrieben). Daher sollte man davon ausgehen, dass die Drahtebene die eigentlichen Drähte sowie die unmittelbare Oberfläche und die darunter angeordnete Oberfläche des dielektrischen Substrats 120 mit einschließt.
Um einen Leistungsvergleich für die verbesserten, erfindungsgemäßen Einrichtungen zu ermöglichen, wurden einige der Einrichtungen nach dem Stand der Technik detaillierter analysiert. 3a zeigt die kalkulierten Kontrastverhältnisse für die reflektierte und übertragene Polarisation als Funktion der Wellenlänge für eine Einrichtung, die ähnlich dem in US-A-6,108,131 beschriebenen Rasterpolarisationsstrahlenteiler nach dem Stand der Technik ist. Diese Analyse wurde mit der Gitteranalysesoftware Gsolver erstellt, die die Modellierung von Subwellenlängenstrukturen mittels RCWA-Verfahren (Rigorous Coupled Wave Analysis) ermöglicht. Gsolver ist kommerziell von Grating Solver Development Company, Postfach 353, Allen, Texas, USA, erhältlich. Die Rasterpolarisationseinrichtung wurde als eine Reihe paralleler, lang gestreckter Drähte modelliert, die direkt auf das transparente Glassubstrat aufgebracht wurden. Zum Zwecke der Analyse wurde ein Aluminiumdrahtgitter mit Periode p = 0,13 μm, einer Leiterbreite w = 0,052 μm (40% Arbeitszyklus), einer Leiterdicke t = 0,182 μm und einem Substratbrechungsindex n = 1,525 angenommen. Zur Vereinfachung berücksichtigt die Analyse nur einen kollimierten Strahl, der in einem Winkel θ = 45° auf die Rasterpolarisationseinrichtung einfällt. 3a zeigt den Kontrast des kollimierten übertragenen Strahls 250 (Tp/Ts) und den Kontrast des reflektierten Strahls 255 (Rs/Rp). Der kalkulierte Kontrast des kollimierten übertragenen Strahls 250 erstreckt sich von 10⁴–10⁵:1 über das sichtbare Spektrum, das viel größer als der Wert von ca. 1.000:1 ist, der für die tatsächliche Einrichtung beschrieben wird, wie in 2a gezeigt. Kurve 250 aus 2a stellt jedoch die mittlere Leistung einer tatsächlichen Einrichtung dar, während Kurve 250 aus 3a die theoretische Leistung eines kollimierten Strahls durch eine perfekte Einrichtung darstellt. 3a zeigt zudem den theoretischen Kontrast des reflektierten Strahls 255, wie für die Rasterpolarisationseinrichtungen nach dem Stand der Technik modelliert. Der kalkulierte Kontrast für den reflektierten Strahl erstreckt sich von ca. 10:1 bis ca. 100:1 über das sichtbare Spektrum und ist nur geringfügig besser als der in 2a für eine tatsächliche Einrichtung gezeigte Kontrast des reflektierten Strahls 255. 3b zeigt eine Kurve des theoretischen Gesamtkontrasts 275, wobei sich der Gesamtkontrast C berechnet als: C = 1/((1/Ct) + (1/Cr)) (3)
Der Gesamtkontrast C, der den Kontrast des übertragenen Lichtstrahls 150 („p"-Polarisation) mit dem Kontrast des reflektierten Lichtstrahls 140 („s"-Polarisation) kombiniert, ist am stärksten durch das niedrigste Kontrastverhältnis bestimmt, das der Kontrast für den reflektierten Lichtstrahl ist. Der Gesamtkontrast der in US-A-6,108,131 beschriebenen Einrichtung nach dem Stand der Technik ist durch den reflektierten Strahl mit „s"-Polarisation beschränkt und beträgt im sichtbaren Spektrum nur ca. 10:1 bis ca. 100:1, wobei die niedrigste Leistung für den blauen Wellenlängenbereich erzielt wird.
4 zeigt die modellierte Variation des Gesamtkontrastverhältnisses C als Höhenlinien, abgetragen gegenüber dem Winkel bei 500 nm für dieselbe Einrichtung nach dem Stand der Technik (0,0 Koordinate entspricht 45°). Dies macht deutlich, dass das Gesamtkontrastverhältnis 275 deutlich mit dem Einfallswinkel variiert, und zwar von ca. 23:1 bei 45° Einfallswinkel, bis zu ca. 14:1 bei ca. 55° Einfallswinkel (Polarwinkel +10°) bis ca. 30:1 bei ca. 35° Einfallswinkel (Polarwinkel +10°, Azimutwinkel 180°). 4 zeigt demnach, wie das Gesamtkontrastverhältnis durch Einfallsstrahlen mit großer numerischer Apertur im Mittel niedriger ist. Der Gesamtkontrast C ist selbstverständlich durch den reflektierten Kontrast (Rs/Rp) begrenzt. Eine ähnliche Analyse des Verhältnisses des Kontrasts des übertragenen Strahls (Tp/Ts) zum Winkel zeigt, dass die Kontrasthöhenlinien dem Muster eines "Malteserkreuzes" folgen und sehr hohe Kontrastwerte (> 10⁴:1) nur in einem sehr schmalen Winkelbereich auftreten, während mittlere Kontrastwerte von ca. 800:1 innerhalb eines recht breiten Winkelbereichs (> 12° Polarwinkel, 25° Azimutwinkel) zu finden sind. Der Lichtwirkungsgrad wurde ebenfalls mit G-Solver modelliert, wobei im Wesentlichen die Kurve für das übertragene Kontrastverhältnis 200 aus 2a bestätigt wurde. Der Übertragungswirkungsgrad für „p"-polarisiertes Licht war mit ca. 87% über dem Großteil des sichtbaren Spektrums relativ gleichmäßig, während der Wirkungsgrad für „s"-polarisiertes, reflektiertes Licht mit ca. 92% über dem sichtbaren Spektrum sehr gleichmäßig war.
Die erfindungsgemäße Rasterpolarisationseinrichtung 300, wie als Schnittansicht in 5a gezeigt, verwendet eine Konstruktion, in der jeder der lang gestreckten Drähte 310 (oder parallelen, leitenden Elektroden) eine geschichtete interne Struktur aufweist, die sich aus einer Reihe lang gestreckter Metalldrähte (320, 322, 324) zusammensetzt sowie abwechselnd damit lang gestreckten dielektrischen Streifen (dielektrischen Schichten 340, 342, 344), die auf ein durchsichtiges, dielektrisches Substrat 305 aufgebracht sind. Durch sorgfältige Konstruktion der zusammengesetzten Drähte 310 der Rasterpolarisationseinrichtung mit entsprechender Dicke der Metalldrähte und einwandfrei definierten dielektrischen Schichten lässt sich eine Kombination aus Photonentunneleffekt und Zwischengitter-Resonanzeffekten nutzen, um die Leistung des Polarisators zu verbessern. Im Unterschied zu den Rasterpolarisationseinrichtungen nach dem Stand der Technik verwenden die erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtungen nicht nur Resonanzeffekte in der Ebene (X:Y-Ebene) der lang gestreckten Drähte, sondern auch Resonanzeffekte zwischen mehreren parallelen Zwischendrahtebenen entlang der Z-Achse, um die Leistung zu definieren und zu verbessern. Es sei darauf hingewiesen, dass die in 5a–d gezeigten Rasterpolarisationseinrichtungen 300 keine maßstäblichen Darstellungen sind, und dass die zusammengesetzten Drähte 310 größer dargestellt sind, um die Zwischendraht-Substruktur der lang gestreckten Metalldrähte zu zeigen, die sich mit dielektrischen Schichten abwechseln. Wie zuvor erwähnt, liegen die Maße der Rasterpolarisationseinrichtungen nach dem Stand der Technik für Teilung (p) und Drahtbreite (w) im Subwellenlängenbereich (ca. (λ/5 oder kleiner). Die Drahtdicke (t) liegt ebenfalls nominell im Subwellenlängenbereich, obwohl dies nicht notwendigerweise der Fall sein muss, wie nachfolgend erläutert wird.
Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtungen basiert auf der Nutzung eines wenig bekannten physischen Phänomens, des resonanzverstärkten Tunneleffekts, wobei entsprechend konstruierte Metallschichten gegen einfallendes Licht teilweise transparent sein können. Dieses Phänomen, das auftritt, wenn eine Struktur mit Photonenbandlücke (Photonic Band Gap Structure) erzeugt wird, die den resonanzverstärkten Tunneleffekt ermöglicht, wird in der Literatur beschrieben, beispielsweise in dem Fachbeitrag „Photonic Band Gap Structure Makes Metals Transparent" in OE Reports, Dezember 1999, Seite 3. Die Konzepte werden zudem detaillierter in den Beitrag "Transparent, Metallo-Dielectric, One-Dimensional, Photonic Band-Gap Structures" in J. App. Phys. 83 (5), Seite 2377–2383, 1. März 1998, von M. Scalora et al., beschrieben.
Herkömmlicherweise wird angenommen, dass einfallendes Licht nur um eine kurze Distanz durch einen Metallfilm tritt, nämlich bis zur Eindringtiefe (δ), bevor die Reflexion erfolgt. Die Eindringtiefe lässt sich durch Gleichung (4) folgendermaßen berechnen: δ = λ/4πni, (4)wobei die kalkulierte Tiefe der Entfernung entspricht, bei der die Lichtintensität auf ca. 1/e² ihres Werts an der Eintrittsfläche abgenommen hat (wobei n_i der Imaginärteil des Brechungsindex ist). Dünne Metallschichten gelten gemeinhin als undurchlässig für die Übertragung von sichtbarem Licht, wenn deren Dicke die typische Eindringtiefe δ für Metalle, wie Aluminium und Silber, von nur 10–15 nm überschreitet. Wie diese Fachbeiträge beschreiben, kann jedoch eine metalldielektrische Photonenbandlückenstruktur mit abwechselnden dünnen Metallschichten und dünnen dielektrischen Schichten hergestellt werden, so dass das einfallende Licht wirksam durch einzelne Metallschichten übertragen wird, die dicker als die Eindringtiefe δ ist. (Definitionsgemäß ist eine Photonenbandlückenstruktur eine Struktur mit abwechselnden Materialschichten oder Sektionen ähnlicher Dicke, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen, die periodisch oder quasiperiodisch auf einem Substrat oder einer anderen Struktur beabstandet sind.) Man kann diese Strukturen am einfachsten verstehen, indem man sich einen einzelnen zusammengesetzten Draht 310 aus 5a vorstellt, dessen abwechselnde Metalldrähte (320, 322, 324) und dielektrische Schichten (340, 342, 344) in eine Lage gedehnt oder gestreckt worden sind, so dass sie einen Großteil der zweidimensionalen Oberfläche des dielektrischen Substrats 305 bedecken. Eine in diesen Fachbeiträgen beschriebene Dreiperiodenstruktur, die aus drei 30 nm dicken Aluminiumschichten (Al) besteht, die durch drei 140 mit dicke Magnesiumfluoridschichten (MgF2) getrennt sind, erzeugt im grünen Band der Wellenlängen eine variable Übertragung von 15–50%. Einfallendes Licht tritt durch Tunneleffekte durch die erste dünne Metallschicht und trifft schließlich auf die folgende dielektrische Schicht. Das durch die erste Metallschicht auf die folgende dielektrische Schicht übertragene Licht trifft auf die zweite Metallschicht. Die entsprechenden Grenzbedingungen sind derart, dass die Gesamtstruktur als ein Fabry-Pérot-Hohlraum (oder Etalon) dient, und dass die Resonanz in der dielektrischen Schicht die Lichtübertragung durch die Metallschichten verstärkt. Der resonanzverstärkte Tunneleffekt wird durch die Wiederholung der Konstruktion der Struktur verstärkt, wobei sich dünne metallische mit dünnen dielektrischen Schichten abwechseln. Die Fachbeiträge zeigen, dass sich durch weitere Perioden (und damit einer zunehmenden Gesamtdicke des Metalls) die gesamte Lichtübertragung im Vergleich mit Strukturen aus weniger Perioden erhöhen und die Oszillationen innerhalb des Bandpassbereichs reduzieren lassen. Es hat sich gezeigt, dass die Abstimmung der Dicke der dielektrischen Schicht eine Verschiebung der Flanken der Bandpassstruktur in Richtung längerer oder kürzerer Wellenlängen bewirken kann, je nach durchgeführten Änderungen. Die dünnen dielektrischen Schichten in diesen Strukturen sind deutlich dicker als die dünnen Metallschichten (ca. 3–10 Mal oder mehr), während die dünnen Metallschichten nur die Dicke der Eindringtiefe haben können, aber auch um ein Mehrfaches dicker als die theoretische Eindringtiefe (δ) sein können.
Dieses resonanzverbesserte Tunneleffektphänomen, das mit metalldielektrischen Photonenbandlücken möglich ist, ist in Einrichtungen bislang nicht umfassend praktisch verwertet worden. In den genannten Quellen wird dieser Effekt für Lichtabschirmeinrichtungen als verwertbar erachtet, die ein Wellenlängenband (z.B. das sichtbare Licht) übertragen, während benachbarte Bänder (UV und IR) blockiert werden. Tatsächlich kann eine derartige Photonenbandlückenstruktur benachbarte Wellenlängenbänder unterdrücken und gegenüber einem einfachen metallischen Film eine Verbesserung um mehrere Größenordnungen bewirken. In US-A-5,751,466 (Scalora et al.) und 5,907,427 (Dowling et al.) wird dieser Effekt zur Konstruktion variabler Photonensignal-Verzögerungseinrichtungen für die optische Telekommunikation ebenfalls beschrieben. Nach dem Stand der Technik ist jedoch die Anwendung resonanzverbesserter Tunneleffekte von metalldielektrischen Photonenbandlückenstrukturen auf die Konstruktion von Polarisationseinrichtungen im Allgemeinen oder auf Rasterpolarisationseinrichtungen und Rasterpolarisationsstrahlenteiler im Besonderen nicht vorgesehen. Zudem ist es nicht unbedingt klar, dass der resonanzverbesserte Tunneleffekt die Leistung einer Rasterpolarisationseinrichtung durch Verbesserung des Polarisationskontrasts oder der Übertragung durch das gesamte sichtbare Spektrum oder auch nur in einem einzelnen Farbband verbessern würde.
Dementsprechend verwenden die erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtungen 300, wie in 5a–5d dargestellt, eine Vielzahl identisch hergestellter, lang gestreckter zusammengesetzter Drähte 310, von denen jeder eine Zwischendraht-Substruktur aus abwechselnd Metalldrähten (320, 322, 324) und dielektrischen Schichten umfasst. Wie bei den Rasterpolarisationseinrichtungen wird das parallel auf die Drähte auftreffende Licht von der Einrichtung reflektiert, während das orthogonal auf die Drähte auftreffende Licht übertragen wird. Während die Rasterpolarisationseinrichtungen nach dem Stand der Technik relativ dicke Drähte aus monolithisch abgelagertem Metall von üblicherweise 100–150 nm Dicke verwenden, sind die Drähte der erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtungen jeweils aus einer Reihe abwechselnder dünner Metallschichten und dielektrischen Schichten aufgebaut. Daher wird das Polarisationslicht, das orthogonal auf die Drähte auftrifft, teilweise durch die metallischen Schichten aufgrund des Photonentunneleffekts und des resonanzverstärkten Tunneleffekts übertragen, so dass sich das Gesamtkontrastverhältnis des übertragenen, polarisierten Lichts zu dem reflektierten polarisierten Licht verbessert. Im Vergleich mit den Rasterpolarisationseinrichtungen nach dem Stand der Technik, die nur auf Resonanzeffekten innerhalb der Ebene der Drähte beruhen (der X:Y-Ebene aus 1) nutzen die erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtungen auch Resonanzeffekte in orthogonaler Richtung (Z-Richtung aus 1), um die Leistung zu bestimmen.
Das erste Beispiel einer erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtung 300 wird in 5a gezeigt, bei dem jeder lang gestreckte, zusammengesetzte Draht 310 eine periodische, streifenförmige Zwischendrahtstruktur 315 aus sechs Schichten aufweist, die abwechselnd aus Metallschichten (Metalldrähte 320, 322 und 324) und dielektrischen Schichten (340, 342, 344) bestehen. Wie bei den Einrichtungen nach dem Stand der Technik wurde die Rasterpolarisationseinrichtung 300 als eine Struktur modelliert, bei denen die Drähte auf einer Teilung von 130 nm (p ca. λ/5) angeordnet sind, und zwar mit einem Arbeitszyklus von 40%, so dass die Breite (w) der Drähte 52 nm beträgt. Somit weisen die Nuten 312 zwischen den zusammengesetzten Drähten 310 eine Breite von 78 nm auf. Die Nuten 312 sind üblicherweise mit Luft gefüllt, statt einem anderen Medium, wie einer optischen Flüssigkeit oder einem Gel. Wie bei den Einrichtungen nach dem Stand der Technik wurde diese Einrichtung als ein Rasterpolarisationsstrahlenteiler mit einem kollidierten Strahleinfallswinkel von θ = 45° modelliert. Zudem wurden die zusammengesetzten Drähte 310 mit einer Zwischendrahtstruktur 315 modelliert, die drei dünne dielektrische Schichten (340, 342, 344) aus MgF2 umfasst, von denen jede 33 nm dick ist, und die sich mit drei dünnen Metallschichten (320, 322, 324) aus Aluminium von jeweils 61 nm Dicke abwechseln.
Gemäß der „Effective Medium Theory" wirkt einfallendes Licht mit dem effektiven Index jeder Schicht zusammen, wobei der effektive Index von der Geometrie der zusammengesetz ten Drähte 310, der Geometrie der Schicht selbst, dem komplexen Beugungsindex der Schicht (entweder metallisch oder dielektrisch), dem Beugungsindex des Materials zwischen den Drähten (Luft) und den durch die benachbarten Schichten geschaffenen Grenzbedingungen abhängt. Wie in 5a gezeigt, ist die Zwischendrahtstruktur für dieses Beispiel der Rasterpolarisationseinrichtung 300 derart ausgelegt, dass die dritte dielektrische Schicht 344 zwischen dem dritten Metalldraht 324 und der Oberfläche 307 des durchsichtigen dielektrischen Substrats 305 angeordnet ist. Die gesamte Drahtdicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310, die die Summe der Dicke der drei Metalldrähte 320, 322 und 324 und der drei dielektrischen Schichten 340, 342, 344 ist, beträgt 282 nm oder (ca. λ/2). Die modellierte Polarisationsleistung für diese Einrichtung, wie in 6a und 6b gezeigt, ist eine Verbesserung sowohl in Bezug auf die Reflexion als auch auf die Übertragung der einfachen Rasterpolarisationseinrichtung, deren modellierte Ergebnisse in 3a und 3b gezeigt werden. Die Leistung wurde mithilfe von Gsolver unter Verwendung von 8 Beugungsordnungen modelliert, um die Genauigkeit zu erhöhen. Wie in 6a gezeigt, variiert der theoretisch übertragene Strahlenkontrast 250 für „p"-polarisiertes Licht von 10⁵–10⁶:1 über das sichtbare Spektrum, während der Kontrast des reflektierten Strahls 255 für „s"-polarisiertes Licht im Mittel mit ca. 100:1 über dem sichtbaren Spektrum relativ gleichmäßig ist. Das Gesamtkontrastverhältnis 275, wie in 6b gezeigt, beträgt ebenfalls ca. 100:1 über dem gesamten sichtbaren Spektrum. Die verbesserte Polarisationsleistung geht nicht zulasten des Wirkungsgrads, da der Reflexionswirkungsgrad für „s"-polarisiertes Licht ca. 91% beträgt, während der Übertragungswirkungsgrad für „p"-polarisiertes Licht ca. 83% beträgt, und zwar mit geringen Abweichungen über dem sichtbaren Spektrum. Bei einem derartigen, relativ hohen und gleichmäßigen Polarisationskontrast für das „s"-polarisierte, reflektierte Licht könnte diese Einrichtung als Polarisationsstrahlenteiler eine höhere Leistung liefern, und zwar in Anwendungen, in denen sowohl „p"-polarisierte als auch „s"-polarisierte Strahlen verwendet werden. Diese Einrichtung weist zudem einen um ca. 10fach besseren Kontrast für „p"-polarisiertes Licht gegenüber der Einrichtung nach dem Stand der Technik aus US-A-6,108,131 auf, sowie eine verbesserte Leistung im blauen Wellenbereich, wobei der Kontrast des reflektierten Strahls 255 und das Gesamtkontrastverhältnis 275 im Mittel ca. 250:1 über dem Großteil des blauen Spektrums betragen. Diese Leistung könnte in vielen Anwendungen nützlich sein, u.a. in Projektionssystemen.
Auch die Verbesserungen in Bezug auf das Gesamtkontrastverhältnis 275 und den Kontrast des kollimierten übertragenen Strahls 250 des Rasterpolarisationsstrahlenteilers aus dem ersten Beispiel, wie in 6a, b gezeigt, gehen im Vergleich mit der Einrichtung nach dem Stand der Technik, wie in 3a, b gezeigt, nicht zulasten einer geringeren Winkelleistung. Eine Höhenkurvenanalyse des Gesamtkontrasts C zeigte, dass die mittleren Kontrastwerte von ca. 500:1 innerhalb eines breiten Winkelbereichs (Polarwinkel +/–12°, Azimutwinkel +/–30°) bei 500 nm erzielt werden. Die Einrichtung nach dem ersten Beispiel wurde zudem für einen kollimierten Strahl bei einem senkrechten Einfallswinkel von θ = 0° modelliert. Da das Kontrastverhältnis für den übertragenen Strahl über das gesamte sichtbare Spektrum > 10⁵:1 bei senkrechtem Einfall betrug, eignete sich die Rasterpolarisationseinrichtung des ersten Beispiels gut als Polarisationsanalysator oder Polarisator und nicht nur als Rasterpolarisationsstrahlenteiler.
Obwohl die erfindungsgemäße Rasterpolarisationseinrichtung ebenso wie die Rasterpolarisationseinrichtung nach US-A-4,289,381 mehrere Ebenen aus bemusterten Drähten umfasst, die sich in Richtung der Z-Achse erstrecken, unterscheiden sich die Rasterpolarisationseinrichtungen erheblich voneinander. Die Drähte in jeder der Vielzahl der Drahtgitterebenen von US-A-4,289,381 sind dicke (100–1000 μm), massive Metalldrähte, die keine Zwischendraht-Substruktur aufweisen und zu dick sind, um eine verwendbare Lichtübertragung durch die Drähte zuzulassen. Zudem sind die Vielzahl der Drahtebenen für die beiden Gitter aus US-A-4,289,381 vorzugsweise um eine halbe Teilung versetzt (p/2), anstatt sich zu überlagern. Außerdem sind in der Rasterpolarisationseinrichtung nach US-A-4,289,381 die benachbarten Drahtgitter mit einem Zwischengitterabstand (1) und einem Teilungsversatz (p/2) angeordnet, um das Auftreten von Zwischengitter-Resonanzeffekten oder Etalon-Effekten zu vermeiden. Im Unterschied dazu verwenden die erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtungen 300 Etalon-Resonanzeffekte in einer streifenförmigen Zwischendraht-Substruktur, um die Leistung zu verbessern.
Das zweite Beispiel einer erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtung 300 wird in 5b gezeigt, bei dem jeder zusammengesetzte Draht 310 eine periodische, streifenförmige Zwischendrahtstruktur 315 aus achtzehn Schichten aufweist, die abwechselnd aus Metallschichten (Metalldrähte 330a–i) und dielektrischen Schichten (350a–i) bestehen. Wie bei der Einrichtung aus dem ersten Beispiel wurden auch die Rasterpolarisationseinrichtungen 300 des zweiten Beispiels als eine Struktur mit zusammengesetzten Drähten 310 von 130 mit Teilung (p ~λ/5) bei einem Arbeitszyklus von 40% und einer Drahtbreite (w) von 52 nm modelliert. Wie zuvor wurde diese Einrichtung als ein Rasterpolarisationsstrahlenteiler mit einem kollidierten Strahleinfallswinkel von θ = 45° modelliert. Wie zuvor ist die letzte dielektrische Schicht (330i) benachbart zum dielektrischen 305 Substrat angeordnet. Allerdings wurden die zusammengesetzten Drähte 310 mit einer Zwischendrahtstruktur 315 modelliert, die neun dünne dielektrische Schichten (330a–i) umfasst, von denen jede 39 nm dick ist, und die sich mit neun dünnen Metallschichten (350a–i) aus Aluminium von jeweils 17 nm Dicke abwechseln. Die gesamte Dicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310, die die Summe der Dicke der Metalldrähte 330a–i und der dielektrischen Schichten 350a–i ist, beträgt 504 nm, was ca. 1λ entspricht. Die modellierte Polarisationsleistung für diese Einrichtung, wie in 7a und 7b gezeigt, ist eine Verbesserung sowohl in Bezug auf die Reflexion als auch auf die Übertragung der einfachen Rasterpolarisationseinrichtung, deren modellierte Ergebnisse in 3a und 3b gezeigt werden. Wie in 7a gezeigt, variiert der theoretisch übertragene Strahlenkontrast 250 für „p"-polarisiertes Licht von 10⁷–10⁸:1 über das sichtbare Spektrum, während der Kontrast des reflektierten Strahls 255 für „s"-polarisiertes Licht im Mittel ca. 100:1 über dem sichtbaren Spektrum beträgt. Das Gesamtkontrastverhältnis 275, wie in 7b gezeigt, beträgt ebenfalls ca. 100:1 über dem gesamten sichtbaren Spektrum. Diese Einrichtung ist zwar erheblich komplizierter als die Einrichtung aus dem ersten Beispiel, aber der theoretische übertragene Strahlkontrast 250 für „p"-polarisiertes Licht ist um ca. 100mal besser als bei der Einrichtung des ersten Beispiels und ca. 1.000mal besser als bei der Einrichtung nach dem Stand der Technik (siehe 3a).
Das dritte Beispiel einer erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtung 300 ist eine Struktur aus achtzehn Schichten, die dem zweiten Beispiel ähnlich ist, wobei jeder zusammengesetzte Draht 310 eine periodische, streifenförmige Zwischendrahtstruktur 315 aus achtzehn Schichten aufweist, die abwechselnd aus Metallschichten (Metalldrähte 330a–i) und dielektrischen Schichten (350a–i) bestehen, mit dem Unterschied, dass sich die Dicken der dielektrischen und Metallschichten geändert haben. In diesem Fall wurden die zusammengesetzten Drähte 310 mit einer Zwischendrahtstruktur 315 modelliert, die neun dicke dielektrische MgF2-Schichten (330a–i) umfasst, von denen jede 283 nm dick ist, und die sich mit neun dünnen Metallschichten (350a–i) aus Aluminium von jeweils 17 nm Dicke abwechseln. Die gesamte Drahtdicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310 beträgt 2700 nm, was ca. 5λ ent spricht. Wie in 7c und 7d gezeigt, weist die dritte Einrichtung im Vergleich mit 7a und 7b eine ganz andere Polarisationsleistung als die zweite Einrichtung auf, obwohl die einzige Änderung die Dicke der dielektrischen Schichten 350a–i betraf. Wie in 7d gezeigt, weist das Gesamtkontrastverhältnis 275 im blauen Spektrum ein mittleres Kontrastverhältnis von ca. 150:1 auf, während sich die Leistung im grünen und roten Spektrum verschlechtert hat. Die Kurve des Gesamtkontrastverhältnisses 275 ist auch aufgrund der starken Ausschläge im blauen Wellenlängenband bemerkenswert, die sich von der Spitze zum Tal der Kurve zwischen ca. 50:1 und ca. 500:1 bewegen. Aus diesem Beispiel, bei dem dicke dielektrische Schichten verwendet wurden, geht hervor, dass es möglich ist, auf ein Wellenlängenband abgestimmte Rasterpolarisationsstrahlenteiler zu entwerfen, die nicht nur eine sehr gute Leistung für „p"-polarisiertes, übertragenes Licht erzielen, sondern auch eine sehr gute Leistung (von 250:1 oder höher) für „s"-polarisiertes, reflektiertes Licht. Zwar ist Gsolver eine ausgezeichnete Analysesoftware, aber das Programm wurde nicht dafür geschrieben, eine Optimierung des Polarisationskontrasts zu ermöglichen, so dass ein exemplarisches Ergebnis mit einer höheren Leistung nicht zur Verfügung steht. Aber eine Optimierung dieser Konstruktion, die eine Variation der Dicke der Metallschichten und der dielektrischen Schichten ermöglicht, um aperiodische oder doppelt periodische Strukturen zu schaffen, könnte die Leistung im blauen Spektrum weiter steigern, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten.
Es sei darauf hingewiesen, dass ähnliche Ergebnisse, wie die der Konstruktion der Rasterpolarisationseinrichtungen 300 aus dem dritten Beispiel mit ähnlichen Zwischendrahtstrukturen 315 mit dicken dielektrischen Schichten erzielbar sind, aber mit anderen als insgesamt achtzehn Schichten. Die Rasterpolarisationseinrichtung des vierten Beispiels wurde mit einer Struktur modelliert, die acht Schichten umfasst, wobei vier Schichten aus MgF2 von jeweils 525 nm Dicke sich mit vier Schichten aus Aluminium von jeweils 45 nm Dicke abwechselten. Somit beträgt die gesamte Dicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310 2,28 μm oder ca. 4λ. Die modellierte Einrichtung ist ansonsten gleich der Einrichtungen aus den vorherigen Beispielen, was die Drahtteilung (p), die Drahtdicke (w) und den Einfallswinkel angeht. Die resultierende Polarisationsleistung für die Einrichtung aus dem vierten Beispiel, wie in 8a und 8b gezeigt, ist ähnlich der der Einrichtung aus dem dritten Beispiel (7c und 7d) im blauen Spektrum. Interessanterweise beschreibt 8a das Potenzial für eine Struktur mit einem hohen Kontrast in dem blauen und roten Spektrum für die übertragenen und reflektier ten Strahlen, während für beide Strahlen im grünen Spektrum ein niedriger Kontrast erzielt wird.
In Bezug auf das zweite und dritte Beispiel der Rasterpolarisationseinrichtungen mit achtzehn Schichten, die sich nur in Bezug auf die Dicke der dielektrischen Schichten (39 nm zu 283 nm) unterscheiden, lassen sich andere interessante Ergebnisse durch Modellieren ähnlicher Einrichtungen mit unterschiedlicher Dicke der dielektrischen Zwischenschichten erzielen. Beispielsweise erzielt eine modellierte Einrichtung mit einer dielektrischen Schicht von 56 nm Dicke mindestens einen Gesamtkontrast von ca. 100:1 über das gesamte sichtbare Spektrum, jedoch auch zwei örtliche Spitzenwerte bei ca. 450 nm und ca. 610 nm, wobei der Polarisationskontrast insgesamt ca. 1000:1 oder höher ist.
Das fünfte Beispiel einer erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtung 300 wird in 5c gezeigt, bei dem jeder zusammengesetzte Draht 310 eine periodische, streifenförmige Zwischendrahtstruktur 315 aus fünf Schichten aufweist, die abwechselnd aus Metallschichten (Metalldrähte 320, 322 und 324) und dielektrischen Schichten (340 und 342) bestehen. Wie bei den Einrichtungen aus den anderen Beispielen wurde auch die Rasterpolarisationseinrichtung 300 des fünften Beispiels als eine Struktur mit zusammengesetzten Drähten 310 von 130 nm Teilung (p = ca. λ/5) bei einem Arbeitszyklus von 40% und einer Drahtbreite (w) von 52 nm modelliert. Wie zuvor wurde diese Einrichtung als ein Rasterpolarisationsstrahlenteiler mit einem kollidierten Strahleinfallswinkel von θ = 45° modelliert. Diese Einrichtung weist jedoch eine Drahtzwischenstruktur auf, die mit einer Metallschicht (Metalldraht 324) benachbart zu dem dielektrischem Substrat 305 versehen ist, statt mit einer dielektrischen Schicht, wie in den vorherigen Beispielen. Die zusammengesetzten Drähte 310 wurden mit einer Zwischendrahtstruktur 315 modelliert, die zwei dünne dielektrische Schichten (340 und 342) aus MgF2 umfasst, von denen jede 55 nm dick ist, und die sich mit drei dünnen Metallschichten (320, 322, 324) aus Aluminium von jeweils 61 nm Dicke abwechseln. Die gesamte Drahtdicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310 beträgt 293 nm, was ca. λ/2λ entspricht. Obwohl die modellierte Polarisationsleistung für diese Einrichtung, wie in 9a und 9b gezeigt, eine Verbesserung in Bezug auf Reflexion und Übertragung gegenüber der einfachen Rasterpolarisationseinrichtung (wie in 3a und 3b gezeigt) darstellt, erreicht diese fünfschichtige Einrichtung nicht die Leistung wie die sechsschichtige Einrichtung aus dem ersten Beispiel. Wie in 7a gezeigt, variiert der theoretisch übertragene Strahlenkontrast 250 für „p"-polarisiertes Licht von 10⁵–10⁶:1 über dem sichtbaren Spektrum, während der Kontrast des reflektierten Strahls 255 für „s"-polarisiertes Licht im Mittel ca. 40:1 über dem sichtbaren Spektrum beträgt. Das Gesamtkontrastverhältnis 275, wie in 7b gezeigt, beträgt ebenfalls ca. 40:1 über dem gesamten sichtbaren Spektrum. Die Leistung im blauen Spektrum ist im Vergleich zu der Einrichtung aus dem ersten Beispiel über dem Wellenlängenband weniger gleichmäßig. Dennoch ist diese Einrichtung, die eine Metallstruktur (Draht 324) in Kontakt mit dem dielektrischen Substrat 305 aufweist, verwendbar.
Das sechste Beispiel einer erfindungsgemäßen Rasterpolarisationseinrichtung 300, wie in 5d gezeigt, ist eine Variation des fünften Beispiels, die nur fünf Schichten innerhalb jedes zusammengesetzten Drahts aufweist, wobei die Einrichtung aus dem sechsten Beispiel eine periodische, streifenförmige Zwischendrahtstruktur 315 aufweist. Die zusammengesetzten Drähte 310 wurden mit einer Zwischendrahtstruktur 315 modelliert, die drei dünne Aluminiummetallschichten (Metalldrähte 320, 322 und 324) von jeweils 61 nm Dicke umfasst, und die sich mit zwei dünnen dielektrischen MgF2 Schichten abwechseln von denen die dielektrische Schicht 340 27,5 nm und die dielektrische Schicht 342 82,5 nm dick ist. Wie zuvor ist auch die dritte Metallschicht (324) in Kontakt mit dem dielektrischen Substrat 305. Wie bei der Einrichtung aus dem fünften Beispiel beträgt die gesamte Drahtdicke (t) für diese Einrichtung 293 nm. Die modellierte Leistung dieser Einrichtung, wie in 10a und 10b gezeigt, ist ähnlich der der Einrichtung aus dem fünften Beispiel (siehe 9a und 9b), mit dem Unterschied, dass die Leistung im blauen Spektrum im Mittel höher ist, wie durch den Gesamtkontrast 275 gemessen. Die Einrichtung aus dem fünften und sechsten Beispiel zeigen erneut das Potenzial von Rasterpolarisationseinrichtungen mit abgestimmten Wellenlängenbändern.
Kurven zur Darstellung des Lichtwirkungsgrads, wie durch den Reflexionswirkungsgrad für „s"-polarisiertes Licht und den Übertragungswirkungsgrad für „p"-polarisiertes Licht für die verschiedenen Beispiele (eins bis sechs) gemessen, wurden nicht angefertigt, da sich die Daten minimal änderten. Im Allgemeinen war der Reflexionswirkungsgrad für „s"-polarisiertes Licht über dem sichtbaren Spektrum gleichmäßig und wies einen Prozentwert zwischen hohen 80er und niedrigen 90er Werten auf. Der Übertragungswirkungsgrad der „p"-Polarisation war etwas weniger einheitlich, da einige exemplarische Einrichtungen einen gewissen Abfall im blauen Bereich des Spektrums aufwiesen. Zudem war der gesamte Über tragungswirkungsgrad der „p"-Polarisation etwas niedriger als der Wirkungsgrad der „s"-Polarisation und bewegte sich prozentual im Allgemeinen zwischen niedrigen bis mittleren 80er Werten.
Es sei darauf hingewiesen, dass jeder lang gestreckte zusammengesetzte Draht 310 eine Länge aufweist, die im Allgemeinen größer als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts ist. Die zusammengesetzten Drähte 310 haben somit eine Länge von mindestens ca. 0,7 μm. In den meisten verwertbaren Einrichtungen werden die zusammengesetzten Drähte 310 jedoch mehrere Millimeter oder sogar mehrere Zentimeter lang sein, je nach Größenanforderung der Anwendung. Die verschiedenen exemplarischen Rasterpolarisationseinrichtungen wurden zwar mit einem Arbeitszyklus von 40% in Bezug auf die Breite (w) der zusammengesetzten Drähte 310 im Verhältnis zur Gitterteilung (p) modelliert, aber selbstverständlich sind auch andere Arbeitszyklen verwendbar. Im Allgemeinen ergeben Arbeitszyklen im Bereich von 40–60% eine optimale Gesamtleistung in Bezug auf Übertragung und Kontrastverhältnis. Wie in den exemplarischen Einrichtungen gezeigt, kann die Gesamtdicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310 zwischen ungefähr einer halben Wellenlänge bis ungefähr fünf Wellenlängen variieren, wobei immer noch eine außergewöhnlich gute Übertragung des „p"-polarisierten Lichts und eine Reflexion des „s"-polarisierten Lichts erzielt wird. Im Vergleich beruhen Rasterpolarisationseinrichtungen nach dem Stand der Technik darauf, dass die Metalldrähte dicker sind als mehrere Eindringtiefen (δ), um eine gute Reflexion des "s"-polarisierten Lichts zu erzielen. Bemerkenswert ist zudem, dass die erfindungsgemäßen exemplarischen Einrichtungen eine Dicke der lang gestreckten Metalldrähte (z.B. 330) aufweisen können, die nur einige Eindringtiefen (ca. 1–4) dick ist und immer noch eine außergewöhnliche Übertragung des „p"-polarisierten Lichts und eine Reflexion des „s"-polarisierten Lichts ermöglichen. Beispielsweise verwendet die Einrichtung aus dem fünften Beispiel Metallschichten von 61 nm Dicke, was ungefähr vier Eindringtiefen entspricht. Die zweite oder gegenüber liegende Oberfläche des dielektrischen Substrats 120 könnte eine Antireflexionsbeschichtung (AR) aufweisen, um die Gesamtdicke zu verbessern.
Es sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Konstruktionsbeispiele für Rasterpolarisationseinrichtungen 300 mit streifenförmigen Zwischendrahtgitterstrukturen 315, die abwechselnd Metall- und dielektrische Schichten enthalten, nicht den gesamten Bereich möglicher Konstruktionen darstellen. Unter anderem blieben die hier vorgestellten Ergebnisse hinter dem eigentlichen Potenzial zurück, weil die Gsolver-Software keine Optimierung des Polarisationskontrasts ermöglicht. Auch andere Materialkombinationen wären in den Konstruktionen verwendbar; so könnte u.a. das Aluminium durch Gold oder Silber ersetzt werden, oder das dielektrische Material MgF2 könnte beispielsweise durch SiO2 oder TiO2 ersetzt werden. Welche Materialien im konkreten Fall gewählt werden, hängt von der gewünschten Konstruktionsleistung sowie von den Prozessbedingungen ab. Es ist zudem möglich, Vorrichtungen zu konstruieren, bei denen die Nuten 312 mit einer optisch klaren Flüssigkeit, einem Klebstoff oder einem Gel statt mit Luft gefüllt sind. Zwar sind alle exemplarischen Vorrichtungen so konstruiert, dass die äußerste Schicht (also die von dem dielektrischen Substrat 305 am weitesten entfernte Schicht), die einen Teil der Zwischendrahtstruktur 315 der zusammengesetzten Drähte 310 umfasst, als Metallschicht konstruiert ist, aber als äußerste Schicht wäre auch eine dielektrische Schicht verwendbar.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die exemplarischen Einrichtungen nur eine Einrichtungsstruktur mit einer aperiodischen Struktur aufweisen. Diese Einrichtung (aus dem sechsten Beispiel) ist zwar relativ einfach, aber es sind viel kompliziertere Einrichtungen möglich, je nach der Fähigkeit, die Konstruktion zu optimieren und die Einrichtung herzustellen. Die Dicke der Metallschichten und der dielektrischen Schichten, die die streifenförmige Zwischendrahtstruktur 315 umfassen, ist in der Struktur variierbar. So lassen sich quasiperiodische Zwischendrahtstrukturen, beispielsweise Chirp-Strukturen oder zeitproportionale Strukturen, konstruieren. Als weiteres Beispiel könnten die Metall- und dielektrischen Schichten in der Zwischendrahtstruktur 315 periodisch wechseln, außer was die Abstimmung der Dicke der äußersten Schicht und/oder der innersten Schicht (die dem dielektrischen Substrat 305 am nächsten liegen) angeht, um die Leistung über den Schnittstellen zu den Regionen außerhalb des Gitters zu verbessern. Das dielektrische Substrat 305 könnte mit einer Zwischenschicht versehen sein, wobei die innerste Schicht der Zwischendrahtstruktur der zusammengesetzten Drähte 310 in direktem Kontakt mit der Zwischenschicht steht, statt mit dem dielektrischen Substrat 305. Eine Optimierung der Einrichtung hängt jedoch nicht nur von den Details der Zwischendrahtstruktur 315 ab, sondern auch von der Drahtteilung (p) und der Drahtbreite (w). Die Konstruktion einer Rasterpolarisationseinrichtung 300 aus zusammengesetzten Drähten 310 mit streifenförmigen Zwischendrahtstrukturen 315 verleiht der Einrichtung eine Leistungsfähigkeit, die sonst nur von Strukturen mit kleineren Teilungen erzielbar ist.
Rasterpolarisationseinrichtungen 300 könnten zudem derart konstruiert und hergestellt werden, dass die zusammengesetzten Drähte 310 streifenförmige Zwischendrahtstrukturen 315 aufweisen, die über der Oberfläche der Einrichtung variieren. So wäre es möglich, eine räumlich variable Einrichtung für die Polarisationsstrahlenteilung oder für die Polarisationsanalyse zu erzeugen.
Zwar kann die Rasterpolarisationseinrichtung 300, die aus zusammengesetzten Drähten 310 mit streifenförmigen Zwischendrahtstrukturen 315 besteht, eine relativ komplizierte Konstruktion aufweisen, aber diese Komplexität bedeutet nicht unbedingt auch einen komplizierten Fertigungsprozess. Im Allgemeinen sind die Toleranzen für die Fertigung der einzelnen Schichten, sei es eine Metall- oder dielektrische Schicht, relativ groß. Die typische Dickentoleranz der Schichten beträgt mehrere Nanometer, wobei einige Einrichtungen, je nach Konstruktion, Schichtentoleranzen von über 10 nm und andere von 1 nm oder weniger aufweisen.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass dieses Konzept für eine verbesserte Rasterpolarisationseinrichtung 300 aus zusammengesetzten Drähten 310 mit streifenförmigen Zwischendrahtstrukturen 315 speziell unter Bezug auf den Betrieb im sichtbaren Spektrum erörtert worden ist, und zwar unter Berücksichtigung der Anwendung für die elektronische Projektion, aber das Konzept ist auch auf andere Anwendungen und andere Wellenlängenbänder anwendbar. Beispielsweise könnten Einrichtungen im Bereich der Nahinfrarotwellenlängen (ca. 1,0–1,5 μm) für die Verwendung in optischen Telekommunikationssystemen konstruiert und gefertigt werden. Dieses Konzept weist insbesondere das Potenzial auf, Polarisationseinrichtungen für kleine Wellenlängen herzustellen, bei denen die „p"-Übertragung > 10⁸:1 und die „s"-Reflexion > 10⁴:1 beträgt. Ebenso könnte ein Spaltpolarisations-Strahlenteiler für kleine Wellenlängen im sichtbaren oder infraroten Spektrum konstruiert werden, bei dem die Selektion der „p"- und „s"-Polarisation gleichzeitig optimiert würde, um einen Polarisationsstrahlenteiler mit überlegenem Gesamtkontrast herzustellen. Die Einrichtung aus dem dritten Beispiel beschreibt eine Polarisationsfiltereinrichtung mit einer Struktur, die breite Wellenlängenbänder mit hohem Polarisationskontrast liefern kann, und zwar um ein Zwischenwellenlängenband herum, das einen minimalen Polarisationskontrast erzeugt (siehe 8a). Eine derartige Einrichtung könnte in Kombination mit einer entsprechend strukturierten Beleuchtung in einer Produktmontagelinie zur Qualitäts- und Fehlerprüfung eingesetzt werden.

Claims

Rasterpolarisationsvorrichtung zum Polarisieren eines auftreffenden Lichtstrahls, mit einem eine Oberfläche aufweisenden Substrat; und einer Anordnung paralleler, lang gestreckter, zusammengesetzter Drähte, die auf der Oberfläche angeordnet sind, wobei die einzelnen zusammengesetzten Drähte mit einer Rasterperiode voneinander beabstandet sind, die kleiner ist als eine Wellenlänge des auftreffenden Lichts; wobei jeder der zusammengesetzten Drähte in seinem Inneren eine Unterstruktur aus lang gestreckten Metalldrähten und abwechselnd damit lang gestreckten dielektrischen Schichten aufweist.
Rasterpolarisationsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die Rasterpolarisationsvorrichtung in einem Winkel bezüglich des auftreffenden Lichtstrahls derart ausgerichtet ist, dass die Vorrichtung als Polarisationsstrahlenteiler wirkt und einen durchgeleiteten polarisierten Strahl und einen reflektierten polarisierten Strahl vom Winkel des auftreffenden Lichtstrahls trennt.
Rasterpolarisationsvorrichtung nach Anspruch 1, worin im Inneren der Drähte die Unterstruktur aus lang gestreckten Metalldrähten und abwechselnd damit lang gestreckten dielektrischen Schichten mindestens aus zwei lang gestreckten Metalldrähten besteht.
Rasterpolarisationsvorrichtung nach Anspruch 1, worin im Inneren der Drähte die Unterstruktur aus lang gestreckten Metalldrähten und abwechselnd damit lang gestreckten dielektrischen Schichten mindestens aus zwei dielektrischen Schichten besteht.
Rasterpolarisationsvorrichtung nach Anspruch 1, worin im Inneren der Drähte jede der Unterstrukturen eine Gesamtdicke von etwa 0,2 bis 3,0 μm aufweist.
Rasterpolarisationsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die lang gestreckten Metalldrähte ausgewählt sind aus einer aus Aluminium, Silber oder Gold bestehenden Gruppe.
Rasterpolarisationsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die lang gestreckten dielektrischen Schichten ausgewählt sind aus einer aus MgF2, SiO2, oder TiO2 bestehenden Gruppe.
Rasterpolarisationsvorrichtung nach Anspruch 1, worin das Substrat aus Glas besteht.
Rasterpolarisationsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die zusammengesetzten Drähte einen rechteckigen Querschnitt haben.
Rasterpolarisationsvorrichtung nach Anspruch 1, worin das auftreffende Licht in einem Bereich von etwa 0,4 to 1,6 μm innerhalb des elektromagnetischen Spektrums liegt.