Spektrale Eigenschaften nanostrukturierter dielektrischer und metallischer Dünnschichtsysteme

Heger, Petra GND

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es, neuartige lateral heterogene Dünnschichtsysteme auf metallischer und dielektrischer Basis zu entwickeln und zu charakterisieren. Dabei wurden zwei unterschiedliche inhomogene Systeme, einmal stochastische (Metallinselfilme) und einmal periodische Strukturen (Gitterwellenleiterstrukturen) erforscht. Die Grundidee der Anwendung von Metallinselfilmen für selektive Absorber besteht darin, dass die homogene Metallschicht durch einen Metallinselfilm ersetzt wird. Das ermöglicht eine Art von Materialengineering. Da einerseits die Lage der Absorption grob mit der Auswahl des geeigneten Edelmetalls und dessen dielektrischen Umgebungsmediums beeinflussbar ist und andererseits die Form und Größe der Partikel sowie der Bedeckungsgrad durch unterschiedliche Herstellungsparameter einstellbar sind, können so die effektiven optischen Konstanten n und k dieses Inselfilms variiert werden. Der Vorteil besteht darin, dass durch das besondere Absorptionsverhalten des Metallinselfilms die Absorption bereits in der Nähe der geplanten Spezifikation gerückt wird. Das umgebende dielektrische Dünnschichtsystem filtert dann aus dem gesamten Spektralbereich die interessierenden Wellenlängen heraus, und durch konstruktive Interferenz erhöht sich das Absorptionsvermögen auf 100%. Mitttels Gitter-Wellenleiter-Strukturen (GWS) kann ein völlig neues Konzept zur Verspiegelung von optischen Oberflächen verfolgt werden. Traditionell werden Spiegel mit alternierenden Schichten aus hoch und niederbrechenden Materialien verwirklicht. Anstatt eine große Anzahl von Einzelschichten auf die zu vergütende Oberfläche aufzubringen, kommt eine derartige GWS mit einer einzigen Schicht und damit mit einem einzigen optischen Material aus, in die dann eine Gitterstruktur einzuschreiben ist. Diese GWS zeichnen sich durch ihre Wellenlängenselektivität und Schmalbandigkeit aus. Die Resonanzwellenlänge wird dabei durch die Gitterperiode, Lichtpolarisation und die Schichtdicke bestimmt.In der Arbeit sollte geprüft werden, inwieweit die erreichbaren optischen Eigenschaften es ermöglichen, diese Systeme praxisrelevant als Absorber bzw. schmalbandige Reflektoren zu verwenden. Dies war durch entsprechende Demonstratoren zu belegen.

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Heger, Petra: Spektrale Eigenschaften nanostrukturierter dielektrischer und metallischer Dünnschichtsysteme. 2005.

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