[發明專利]零級衍射濾光器

無效

• 申請號: 200710139898.0
• 申請日: 2007-07-27
• 公開（公告）號: CN101135780A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 哈拉爾德·瓦爾特;伊爾貝特·古格勒;亞歷山大·斯塔克;羅伯特·貝爾;馬克·波沙爾
• 申請（專利權）人: CSEM瑞士電子和微技術中心股份有限公司
• 主分類號: G02B27/44
• 分類號: G02B27/44;G03F7/00;G06K19/16
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 王玉雙

技術領域

本發明涉及零級衍射濾光器(ZOF)、零級衍射濾光器的制造方法、此類ZOFs的用途以及制造此類ZOFs的特定材料的使用。

背景技術

零級衍射濾光器，也稱作共振光柵，是公知的，例如D.Rosenblatt等人在“共振光柵的波導結構”(D.Rosenblatt?et?al，“Resonant?Grating?WaveguideStructures”IEEE?Journal?of?Quantum?Electronics?33，1997，p.2038-2059)以及M.T.Gale在“零級光柵的微結構”(M.T.Gale，“Zero-Order?GratingMicrostructures”in?R.L.van?Renesse，Optical?Document?Security，2nd?Ed.，pp.267-287)中所做的描述。

通常，ZOFs由具有衍射微結構的波導層構成，該微結構具有通常小于光波長的周期。這類微結構的例子是平行或交叉光柵劃線。波導層由相對較高折射率n_高的材料構成，該材料被具有較低折射率n_低≤n_高的材料所包圍折射率。包圍波導層的材料可以具有不同的折射率。圖1(a)和圖1(b)給出ZOFs的可能結構的例子，示出了穿過ZOF的剖面示意圖。黑色表示具有高折射率的材料，而白色表示具有低折射率的材料。圖1(a)中的ZOF包括襯底3——僅示出襯底的最上方部分。襯底3的厚度通常超過其它層的厚度。具有低折射率的層2設置在襯底3上折射率，其又承載著波導結構1。波導結構1可以選擇性地被覆蓋層4覆蓋。在圖1(b)中，波導結構層1嵌在第二包圍層的各自的基體5中。

這類ZOFs，當被偏振的或未偏振的多色可見光照射時，能夠從較高衍射級輸出光中分離出零衍射級輸出光。微結構化的高折射率層1充當漏波導(leaky?waveguide)。一部分入射光直接透射，一部分衍射隨后在波導層1中被捕獲。一些被捕獲的光從波導層中再衍射出來，從而干擾透射部分。在一定波長和角定向下，發生共振，從而形成完全的相消干擾。這意味著這些光沒有透射。因此，ZOFs表現出特有的反射和透射譜，其尤其取決于相對于觀察者的視角和光柵劃線定向。影響顏色效果的參數是，例如，微結構的周期Λ、高折射率層的厚度c、光柵深度t、光柵槽寬度p、填充因數(或占空因數)f.f.＝p/Λ，微結構的形狀(例如矩形、正弦形、三角形或更復雜的形狀)、和所用材料的折射率(見圖1)。波導層以及與入射光接觸的任何其它層，例如與其相鄰的層，必須至少在一部分可見光譜范圍內充分透光(這意味著透射率T>50％，優選T>90％)。在ZOFs的現有技術中，周期Λ處于100納米至1000納米，通常300納米至500納米(“亞波長結構”)。只要所用材料沒有表現出吸收，透射譜構成反射譜的補充。這種ZOFs的特征是顏色效果——例如，傾斜和/或旋轉，特別是旋轉時的顏色變化。假定非正常視角θ，例如θ＝30°且光柵劃線與含有表面法線的平面和視向平行，可以測到一個反射峰，其在旋轉時對稱地分成兩個峰。這種90°旋轉效果的一個公知例子是顏色從紅色變成綠色(一個峰從光譜的紅色部分移向綠色部分，第二個峰從紅色部分移向不可見紅外部分)。

US?4,484,797描述了具有零級微結構(ZOF)的濾色器、其制造及其作為認證裝置的用途。即使用未偏振的多色光照射，這類裝置也在旋轉時表現出獨特的顏色效果，因此可以清楚地識別。作為制造方法，描述了熱塑性襯底的壓印然后真空基涂布技術。ZnS用于波導層。已知ZOFs的波導層要求使用具有通常高于2.0的高折射率的材料。無機材料具有這種高折射率，而典型的有機材料，例如聚合物，具有在1.5范圍內的折射率。但是，無機材料具有例如高成本、與簡單制造法的不相容性、以及類似不足。

發明內容

本發明的一個目的是提供與現有技術狀況相比具有更高性能和/或更低制造成本的ZOFs，并提供這類ZOFs的制造方法。

通過如獨立權利要求所定義的本發明的ZOF和本發明的制造方法實現這些和其它目標。從屬權利要求中則給出進一步有利的實施方案。