Die Lösung des Fraunhofer IST
Um beide negativen Effekte zu kompensieren, ist allein eine homogene Beschichtung der dreidimensionale Oberfläche – z. B. mittels ALD-Verfahren (Atomic Layer Deposition) – nicht ausreichend. Für eine ideale Kompensation ist vielmehr ein Schichtdickengradient notwendig, bei dem die Dicke zum Rand der Linse so zunimmt, dass auch die Verschiebung des Bandpasses durch den steigenden Einfallswinkel korrigiert wird. Dazu wurde am Fraunhofer IST ein Prozess entwickelt, mit dem die optischen Filter auf einer plankonvexen asphärischen Linse mit einem Durchmesser von 50 mm mittels Magnetronsputtern präzise abgeschieden werden können.
Die Zentralwellenlänge des Bandpasses liegt bei 1550 nm. Für eine Störlichtunterdrückung sollte der Filter von 400 bis 1800 nm eine Blockung aufweisen. Diese sehr breite Blockung des Filtersystems wird mit zwei verschiedenen Schichtdesigns erreicht: Zum einen wird die plane Rückseite der Linse mit einem Blocker in Form eines Langpasses homogen beschichtet, zum anderen wird auf der konvexen Seite ein Bandpass mit einer Gradientenblende präzise abgeschieden. Der notwendige Schichtdickengradient auf der Linse wird mit Hilfe einer Rotation des Substrats und einer geeigneten Blende ermöglicht. Durch ein speziell angepasstes Schichtdesign ist der Bandpass auch bei dem maximalen Einfallswinkel von 37° nahezu unverändert (vgl. nebenstehendes oberes Diagramm). Die Blendenform wurde mit Hilfe eines Digital Twin des Beschichtungsprozesses in der EOSS®-Anlage optimiert und konnte ohne weitere Anpassungen in die reale Anlage übernommen werden.
Ausblick
Nach erfolgreicher Entwicklung des Prozesses ist es geplant, den vollständigen schmalen IR-Bandpassfilter mit breiter Blockung auf der Linse abzuscheiden und im LIDAR-System zu testen.
Das Projekt
Der schmale IR-Bandpassfilter auf einer plankonvexen asphärischen Linse mit einem Durchmesser von 50 mm für eine LIDAR-Anwendung wurde im Rahmen des BMBF-Forschungsprojekts »EPIC Lens« (FKZ 13N14583) entwickelt.