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Grundlegende Untersuchungen zur Phasenmodulation von Licht im Subnanometer-Bereich mittels diffraktiver Mikrospiegelarrays

Fundamental investigations on the phase modulation of light in the subnanometer range by diffractive micromirror arrays
 
: Sicker, Cornelius
: Schenk, Harald; Reif, Jürgen

:
Fulltext (PDF; )

Cottbus, 2018, VIII, 119 pp.
Cottbus-Senftenberg, TU, Diss., 2018
URN: urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-44854
German
Dissertation, Electronic Publication
Fraunhofer IPMS ()
Beugung; Flächenlichtmodulator; Mikrospiegelarray; Phasenmodulation; Streulicht Diffraction

Abstract
Mikrospiegelarrays (MMA) ermöglichen über ihre programmierbare Oberflächentopographie die Phasenmodulation von Licht und fungieren so als Flächenlichtmodulatoren (SLM). Die Phasengenauigkeit, die profilometrisch auf wenige Nanometer kalibriert werden kann, bestimmt die optische Leistungsfähigkeit der MMAs und ihre Charakterisierung und Verbesserung sind somit essentiell für das Erschließen neuer Anwendungen. Um einen Zugang zur Phasenmodulation diffraktiver MMAs im Subnanometer-Bereich zu schaffen, werden eine ortsaufgelöste Streulichtmesstechnik vorgeschlagen, deren Entwicklung beschrieben und experimentelle Ergebnisse diskutiert. Multispektrale Streulichtmessungen sind konsistent mit Beugungsrechnungen, die auf interferometrisch bestimmten Rauigkeitsparametern der Mikrospiegeloberfläche beruhen, und offenbaren MMA-Streulicht < 10−4, womit erstmals MMA-Kontraste > 10 000 nachgewiesen werden konnten. Durch die hohe Messempfindlichkeit und Reproduzierbarkeit können Änderungen der MMA-Oberflächentopographie von < 1nm detektiert werden, was in einer intensitätsbasierten Kalibrierung der Phasenmodulation Anwendung findet, mit der Graustufen auf wenige Promille genau eingestellt werden können. Diese Ergebnisse demonstrieren die hohe Attraktivität eines Streulichtansatzes für die Charakterisierung und Kalibrierung diffraktiver MMAs – und möglicherweise auch anderer SLMs.

 

Micromirror arrays (MMA) enable phase modulation of light by a programmable surface topography and act as spatial light modulators (SLM). The phase accuracy, which can be calibrated profilometrically to a few nanometers, determines the MMA’s optical performance; its characterization and improvement is therefore essential to open up new applications. In order to gain access to the phase modulation of diffractive MMAs in the subnanometer range, we suggest a spatially resolved scatter measurement, describe its development and discuss experimental results. Multispectral scatter measurements are consistent with diffraction calculations that are based on interferometric roughness parameters of the micromirror surface and reveal MMA scatter < 10−4, giving first experimental proof of MMA contrast ratios > 10 000. The high measurement sensitivity and reproducibility enable the detection of changes in the MMA surface topography of < 1nm. This is applied to an intensity-based calibration of the phase modulation, whereby greyscale intensities can be set with a precision of tenths of a percent. These results demonstrate that a scatter approach is highly attractive for the characterization and calibration of diffractive MMAs – and perhaps also other types of SLMs.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-531137.html