Optische Filter auf Linsen für kompakte optische Systeme

Plankonvexe Linse beschichtet mit einem Bandpassfilter (bei 670nm). Die Beschichtung hat einen speziellen Gradient, der für eine konstante spektrale Position der Zentralwellenlänge unabhängig von der Position auf der Linse sorgt. Das Licht im übrigen Spektralbereich (340–1100 nm) wird stark geblockt. Gesamtschichtdicke 22 Mikrometer, Schichtzahl 207.
© Fraunhofer IST, Falko Oldenburg
Plankonvexe Linse beschichtet mit einem Bandpassfilter (bei 670nm). Die Beschichtung hat einen speziellen Gradient, der für eine konstante spektrale Position der Zentralwellenlänge unabhängig von der Position auf der Linse sorgt. Das Licht im übrigen Spektralbereich (340–1100 nm) wird stark geblockt. Gesamtschichtdicke 22 Mikrometer, Schichtzahl 207.

Herausforderung 

Meist werden optische Filter auf planaren Oberflächen aufgebracht. In optischen Systemen ist dann eine Zwischenabbildung notwendig, das Licht muss also ggf. aufgeweitet und planarisiert werden, um danach wieder fokussiert zu werden. Das führt zu einem größeren und schwereren optischen System, was zu einer schlechteren Payload führt. 

Lösung 

Wenn Filter auf 3D-Oberflächen aufgebracht werden, führt das normalerweise zu einer inhomogenen Beschichtung mit einem Abfall der Schichtdicke zum Rand. Das bewirkt eine spektrale Verschiebung des Spektrums. Zusätzlich bewirkt der schräge Einfallswinkel des Lichts auf die Linse eine weitere Verschiebung. Kompensiert wurde das durch eine geeignete Gradientenbeschichtung auf der Linse. Hierbei wurde eine Maske bei der Beschichtung eingesetzt, deren Form mit Hilfe eines digitalen Zwillings der Beschichtungsanlage EOSS® per Simulation automatisch ermittelt wurde.

Mehrwert 

Im Ergebnis konnte eine Linse mit einem Bandpassfilter beschichtet werden. Die (von der Position auf der Linse konstante) Zentralwellenlänge liegt bei 670nm bei einer Halbwertsbreite von 10 nm. Der Filter hat ansonsten eine breitbandige Blockung (200 - 1100 nm) von OD2. Die Lösung lässt sich für Sputtersysteme besonders vom Typ EOSS® leicht umsetzen und für andere Arten von Beschichtungen übertragen. 

Weitere Informationen

Schema der zu beschichtenden Linse.
© Fraunhofer IST, Falko Oldenburg
Schema der zu beschichtenden Linse.
Zu erwartende Spektren.
© Fraunhofer IST
Zu erwartende Spektren.
Spektren des Bandpassfilters.
© Fraunhofer IST
Spektren des Bandpassfilters.

Förderhinweis

Die Arbeiten wurden gefördert durch den ESA-Contract mit der Nr. 4000117857/16/NL/PS.