DE60314706T2

DE60314706T2 - Drahtgitter-Polarisator

Info

Publication number: DE60314706T2
Application number: DE60314706T
Authority: DE
Original assignee: Moxtek Inc
Current assignee: Moxtek Inc
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2023-10-07
Also published as: JP2004280050A; US20040070829A1; EP1411377A1; US6665119B1; CN1497273A; EP1411377B1; CN100383568C; CA2438741A1; DE60314706D1; US6788461B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drahtgitter-Polarisator im Allgemeinen und insbesondere einen Mehrschicht-Drahtgitter-Polarisator und Strahlteiler für das sichtbare Spektrum.
Die Verwendung eines Arrays (einer Anordnung) von parallelen leitfähigen Drähten zum Polarisieren von Radiowellen datiert mehr als 110 Jahre zurück. Drahtgitter, im Allgemeinen in der Form eines Arrays von dünnen parallelen Leitern, die durch ein transparentes Substrat getragen werden, wurden ebenfalls als Polarisatoren für den infraroten Anteil des elektromagnetischen Spektrums verwendet.
Der Schlüsselfaktor, welcher die Leistungsfähigkeit eines Drahtgitter-Polarisators bestimmt, ist das Verhältnis zwischen dem Zentrums-Zentrums-Abstand, manchmal als Pitch-Abstand oder Periode bezeichnet, der parallelen Gitterelemente und den Wellenlängen des einfallenden Lichts. Wenn der Gitterabstand oder die Periode groß im Vergleich zu der Wellenlänge ist, wirkt das Gitter eher als Beugungsgitter als denn als Polarisator und beugt beide Polarisationen, nicht notwendigerweise mit gleicher Effizienz, gemäß wohlbekannten Prinzipien. Wenn jedoch der Gitterabstand (p) wesentlich kleiner als die Wellenlänge ist, wirkt das Gitter als Polarisator und reflektiert elektromagnetische Strahlung, die parallel zu dem Gitter polarisiert ist („s” Polarisation) und transmittiert Strahlung orthogonaler Polarisation („p” Polarisation).
Der Übergangsbereich, in dem die Gitterperiode etwa in dem Bereich der Hälfte der Wellenlänge bis zum doppelten der Wellenlänge liegt, wird durch abrupte Veränderungen in den Transmissions- und Reflektionscharakteristika des Gitters bestimmt. Insbesondere tritt bei einer oder mehreren bestimmten Wellenlängen bei einem bestimmten Einfallswinkel ein abrupter Anstieg der Reflektivität und eine entsprechende Abnahme der Transmission für orthogonal zu dem Gitter polarisiertes Licht auf. Diese Effekte wurden zuerst im Jahre 1902 durch Wood berichtet und werden oft als „Woods Anomalien" bezeichnet. Später, im Jahre 1907, analysierte Rayleigh Woods Daten und gewann den Einblick, dass die Anomalien bei Kombinationen von Wellenlängen und Winkeln auftreten, bei denen Beugungen höherer Ordnung auftreten. Rayleigh entwickelte die nachfolgende Gleichung zur Voraussage der Position der Anomalien, die in der Literatur im Allgemeinen auch als „Rayleigh Resonanzen" bezeichnet werden. λ = ε(n +/– sin θ)/k (1)wobei Epsilon (ε) die Gitterperiode, n der Brechungsindex des Mediums, welches das Gitter umgibt, k eine ganze Zahl, welche der Ordnung des auftretenden Beugungsterms entspricht und Lamda und Theta die Wellenlänge und den Einfallswinkel (beide in Luft gemessen) darstellen, bei denen die Resonanz auftritt.
Für Gitter, die auf einer Seite eines dielektrischen Substrats gebildet sind, kann n in der oben genannten Formel gleich 1 oder gleich dem Brechungsindex des Substratmaterials sein. Es ist zu beachten, dass die längste Wellenlänge, bei der eine Resonanz auftritt, durch die nachfolgende Formel gegeben ist: λ = ε(n + sin θ) (2)wobei n gleich dem Brechungsindex des Substrates ist.
Der Effekt der Winkelabhängigkeit ist, dass die Transmissionsbereiche mit zunehmendem Winkel zu längeren Wellenlängen verschoben werden. Dies ist wichtig, wenn der Polarisator als Polarisations-Strahlteiler oder als ein Polarisations umkehrenden Spiegel verwendet werden soll.
Im Allgemeinen reflektiert ein Drahtgitter-Polarisator Licht mit einem elektrischen Feldvektor parallel zu den Drähten („s” Polarisation) des Gitters und transmittiert Licht mit einem elektrischen Feldvektor senkrecht zu den Drähten des Gitters („p” Polarisation), doch die Einfallsebene kann oder kann nicht senkrecht zu den Drähten des Gitters sein, wie es hier besprochen wird. Im Idealfall wirkt der Drahtgitter-Polarisator für eine Polarisationsrichtung des Lichtes, wie z. B. S-polarisiertes Licht, als perfekter Spiegel, und ist perfekt transparent für die andere Polarisationsrichtung, wie z. B. P-polarisiertes Licht. In der Praxis absorbieren jedoch auch die reflektivsten als Spiegel verwendeten Materialien einen gewissen Anteil des einfallenden Lichtes und reflektieren lediglich 90 bis 95 und klares Glas transmittiert aufgrund von Oberflächenreflektionen nicht 100 des einfallendes Lichtes. Die Leistungsfähigkeit von Drahtgitter-Polarisatoren und auch anderen Polarisationseinrichtungen wird meistens durch das Kontrastverhältnis oder das Extinktionsverhältnis charakterisiert, welches über den interessierenden Bereich von Wellenlängen und Einfallswinkeln gemessen wird. Für einen Drahtgitter-Polarisator oder einen Polarisations-Strahlteiler können sowohl die Kontrastverhältnisse für den transmittierten Strahl (Tp/Ts) als auch den reflektierten Strahl (Rs/Rp) von Interesse sein.
Historisch wurden Drahtgitter-Polarisatoren zur Verwendung im Infraroten entwickelt und waren für die sichtbaren Wellenlängen nicht verfügbar. Dies ist insbesondere darin begründet, dass die Bearbeitungstechniken nicht in der Lage waren, Strukturen mit Sub-Wellenlängenabmessungen zu schaffen, die einen effektiven Betrieb im sichtbaren Spektrum ermöglichen. Nominell sollte der Gitterabstand oder Pitch (p) für einen effektiven Betrieb kleiner als ~λ/5 sein (für p 0,10–0,13 μm für sichtbare Wellenlängen), während noch feinere Pitch-Strukturen (p ~ λ/10 z. B.) weitere Verbesserungen für den Kontrast der Einrichtung liefern können. Mit den kürzlich erzielten Fortschritten bei den Verarbeitungstechniken, wie z. B. der 0,13 μm extrem UV-Photolithographie und der Interferenzlithographie, wurden Drahtgitter-Polarisationsstrukturen für sichtbare Wellenlängen möglich. Obwohl es im Stand der Technik verschiedene Beispiele von Drahtgitter-Polarisatoren für sichtbare Wellenlängen gibt, bieten diese Einrichtungen nicht besonders hohe Extinktionsverhältnisse (> 1000:1) über das breitbandige sichtbare Spektrum, welches für anspruchsvolle Anwendungen, wie z. B. digitale Filmprojektionen, erforderlich ist.
Ein interessanter Drahtgitter-Polarisator wird von Garvin et al. in dem US-Patent Nr. 4,289,381 beschrieben, wobei zwei oder mehr Drahtgitter auf einem Einzelsubstrat angebracht sind und durch eine dielektrische Zwischenschicht getrennt sind. Die Drahtgitter sind jeweils separat angeordnet und die Drähte sind dick genug (100–1000 nm), um für einfallendes Licht undurchsichtig zu sein. Die Drahtgitter werden eigentlich multipliziert, so dass, während jedes einzelne Drahtgitter nur einen Polarisationskontrast von 500:1 liefert, in Kombination ein Paar von Gittern einen Kontrast von 250000:1 liefern kann. Diese Einrichtung wird unter Bezugnahme auf die Verwendung im infraroten Spektrum (2–100 μm) beschrieben, allerdings ist das Konzept voraussichtlich auf sichtbare Wellenlängen erweiterbar. Da die Einrichtung jedoch zwei oder mehr Drahtgitter in Serie verwendet, wird das zusätzliche Kontrastverhältnis gegen reduzierte Transmissionseffizienz und Winkeltoleranz eingetauscht. Ferner ist die Einrichtung nicht für hochqualitative Extinktion des reflektierten Strahls konzipiert, so dass gewisse Grenzen in ihrem Wert als Polarisations-Strahlteiler gegeben sind.
Ein Drahtgitter-Polarisationsstrahlteiler für den sichtbaren Wellenlängenbereich wird von Hegg et al. in dem US-Patent Nr. 5,383,053 beschrieben, bei welchem die Metalldrähte (mit einem Pitch p << λ und ~150 nm Merkmalen) auf Metallgitterlinien angeordnet sind, die jeweils auf einem Glas- oder Plastiksubstrat angeordnet sind. Während diese Einrichtung konzipiert ist, einen großen Teil des sichtbaren Spektrums (0,45–0,65 μm) abzudecken, ist die voraussichtliche Polarisationsleistungsfähigkeit eher mittelmäßig, wobei ein Gesamtkontrastverhältnis von nur 6,03:1 geliefert wird.
Tamada et al. beschreibt in dem US-Patent 5,748,368 einen Drahtgitter-Polarisator für das nahe infrarote Spektrum (0,8– 0,95 μm), bei welchem die Struktur der Drähte geformt ist, die Leistungsfähigkeit zu verbessern. In diesem Fall wird der Betrieb im nahen infraroten Spektrum durch eine Drahtstruktur mit einem langen Gitterabstand (λ/2 < p < λ) anstatt dem nominalen kleinen Gitterabstand (p ~ λ/5), und zwar indem eine der Resonanzen in dem Übergangsbereich zwischen dem Drahtgitter-Polarisator und einem Beugungsgitter genutzt wird, erreicht. Die Drähte, jeweils ~140 nm dick, sind auf einem Glassubstrat in einer Anordnung mit Keilplatten angeordnet. Insbesondere verwendet die Einrichtung zur Abstimmung des Gerätebetriebs auf ein Treffen eines Resonanzbandes eine Kombination von trapezoidalen Drahtformen, die indexangepasst zwischen dem Substrat und einer Keilplatte sind, und einer Einfallswinkel-Einstellung. Während diese Einrichtung eine recht gute Extinktion von etwa 35:1 liefert, die für viele Anwendungen verwendbar wäre, ist der Kontrast für Anwendungen, wie z. B. digitales Kino, welches eine höhere Leistungsfähigkeit erfordert, nicht adäquat. Außerdem arbeitet diese Einrichtung nur innerhalb eines engen Wellenlängenbandes (~25 nm) gut, und die Einrichtung ist ziemlich winkelsensitiv (eine 2° Verschiebung des Einfallswinkels verschiebt das Resonanzband um etwa 30 nm). Diese Überlegungen machen diese Einrichtung für Breitbandwellenlängenanwendungen ungeeignet, bei denen die Drahtgittereinrichtung in einem „schnellen" optischen System arbeiten muss (wie z. B. F/2).
Kürzlich beschrieben das US-Patent Nr. 6,108,131 (Hansen et al.) und 6,122,103 (Perkins et al.), beide von der Moxtek Inc. of Oregon, UT, Drahtgitter-Polarisations-Einrichtungen, die für das sichtbare Spektrum konzipiert sind. Dementsprechend beschreibt das US-Patent 6,108,131 einen einfachen Drahtgitter-Polarisator, der zum Betrieb im sichtbaren Bereich des Spektrums entworfen ist. Das Drahtgitter besteht nominal aus einer Serie von einzelnen Drähten, die direkt auf einem Substrat hergestellt sind, mit einem ungefähr 0,13 μm Drahtabstand (p ~ λ/5), einer Drahtbreite von etwa 0,052–0,078 μm (w) und einer Drahtdicke (t) größer als 0,02 μm. Durch Verwendung von Drähten mit ungefähr 0,13 μm Drahtabstand oder Pitch weist diese Einrichtung die erforderliche Struktur für „sub-visible" Wellenlängen auf, um es zu ermöglichen, allgemeinen oberhalb des langen Wellenlängen-Resonanzbandes und in dem Drahtgitterbereich zu arbeiten. Das US-Patent Nr. 6,122,103 schlägt eine Vielzahl von Verbesserungen für die grundlegende Drahtgitterstruktur vor, welche auf eine Verbreiterung des Wellenlängenspektrums und eine Verbesserung der Effizienz und des Kontrasts über das verwendete Wellenlängenspektrum gerichtet sind, ohne feinere Pitch-Strukturen (wie z. B. ~λ/10) erforderlich zu machen. Grundsätzlich werden eine Vielzahl von Techniken verwendet, um dem effektiven Brechungsindex (n) in dem Medium, welches das Drahtgitter umgibt, zu verringern, um das längste Wellenlängen-Resonanzband zu kürzeren Wellenlängen (siehe Gleichlungen (1) und (2)) zu verschieben. Dies wird am einfachsten dadurch erreicht, indem das Glassubstrat mit einer dielektrischen Schicht beschichtet wird, die als Anti-Reflex(AR)-Beschichtung wirkt, und indem dann das Drahtgitter auf diese zwischenliegende dielektrische Schicht gefertigt wird. Die zwischenliegende dielektrische Schicht reduziert in effektiver Weise den Brechungsindex, der durch das Licht am Drahtgitter aufgefunden wird, und verschiebt dadurch die längste Wellenlängenresonanz hin zu einer kürzeren. Das US-Patent Nr. 6,122,103 beschreibt auch alternative Gestaltungen, bei welchen der effektive Index durch Bilden von Furchen in den Räumen zwischen den Drähten reduziert ist, so dass sich die Furchen in das Substrat selbst und/oder in die zwischenliegende dielektrische Schicht, die auf dem Substrat aufgebracht ist, erstrecken. Als Ergebnis dieser Gestaltungsverbesserungen verschieben sich die niedrigen Wellenlängenbänderkanten etwa 50–75 nm tiefer und erlauben eine Abdeckung des gesamten sichtbaren Spektrums. Ferner wird die mittlere Effizienz über das sichtbare Spektrum gegenüber einem Drahtgitter-Polarisator gemäß dem Stand der Technik um 5% verbessert.
Ferner sind Mehrschichtdrahtgitter-Polarisatoren aus der EP 1239308 bekannt.
Während die in den US-Patenten Nr. 6,108,131 und 6,122,103 beschriebenen Einrichtungen deutliche Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik sind, gibt es weitere Möglichkeiten für Leistungsverbesserungen für sowohl Drahtgitter-Polarisatoren als auch Polarisations-Strahlteiler. Insbesondere für optische Systeme mit unpolarisierten Lichtquellen, bei denen die Lichteffizienz maximiert werden muss, sind Polarisations-Strahlteiler mit hoher Extinktion von sowohl dem reflektierten als auch dem transmittierten Strahlen von Wert. Da die kommerziell von Moxtek verfügbaren Drahtgitter-Polarisatoren statt 100:1 oder, noch wünschenswerter, 2000:1 nur etwa 20:1 Kontrast für den reflektierten Kanal liefern, ist ihre Nützlichkeit begrenzt. Zusätzlich variiert die Leistungsfähigkeit dieser Einrichtungen über das sichtbare Spektrum deutlich, wobei die Polarisations-Strahlteilerkontrastverhältnisse für den transmittierten Strahl von etwa 300:1 bis etwa 1200:1 von blau zu rot bereitstellen, während die Kontrastverhältnisses des reflektierten Strahls von 10:1 zu 30:1 variieren. Daher gibt es Möglichkeiten, die Polarisations-Kontrastleistungsfähigkeit insbesondere im blauen Anteil des sichtbaren Spektrums, als auch als eine gleichmäßigere Extinktion über das sichtbare Spektrum bereitzustellen. Schließlich gibt es außerdem Möglichkeiten, den Polarisationskontrast für das transmittierte P-polarisierte Licht jenseits der Pegel zu verbessern, wie sie durch Drahtgitter-Polarisatoren gemäß dem Stand der Technik bereitgestellt werden. Solche Verbesserungen würden insbesondere von Nutzen für die Konzeption von elektrischen Bildsystemen, wie z. B. elektronischen Projektionssystemen, einschließlich solchen für das digitale Kino von Nutzen sein.
Es besteht daher ein Bedarf an verbesserten Drahtgitter-Polarisatoren, insbesondere zur Verwendung in Systemen mit sichtbarem Licht, die sowohl eine breite Wellenlängen-Bandbreite und einen hohen Kontrast (im Zielbereich von 1000:1 oder größer) erfordern. Zusätzlich besteht ein Bedarf für derartig verbesserte Drahtgitter-Polarisatoren zur Verwendung bei Einfallswinkeln von etwa 45 Grad.
Kurz gesagt, umfasst gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Drahtgitter-Polarisator zum Polarisieren eines einfallenden Lichtstrahls, aufweisend ein Substrat mit einer ersten Oberfläche. Ein Gitter oder Array von parallelen, langgestreckten, leitfähigen Drähten ist auf der ersten Oberfläche angeordnet und die benachbarten Drähte sind jeweils mit einer Gitterperiode beabstandet, die geringer als die Wellenlänge des einfallenden Lichtes ist. Jeder der Drähte weist eine Intra-Draht-Substruktur von abwechselnden langgestreckten Metalldrähten und langgestreckten dielektrischen Schichten auf. Die Drähte können innerhalb einer Gesamtstruktur des Drahtgitter-Polarisators eingetaucht oder eingebettet sein, um günstige optische Einrichtungen zu ermöglichen. Die Design- und Herstellungsverfahren zum Fertigstellen derartiger Drahtgitter-Einrichtungen sind ebenfalls beschrieben.
Zusätzlich, gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, weisen verbesserte optische Modulationssysteme eine Polarisation auf Grundlage eines reflektiven räumlichen Lichtmodulators auf, der im Allgemeinen ein Flüssigkristalldisplay (LCD) ist, ein verbesserter Drahtgitter-Polarisationsstrahlteiler der vorliegenden Erfindung und andere Polarisationsoptiken, sind in verschiedenen Konfigurationen beschrieben.
1 ist eine Perspektivansicht eines Drahtgitter-Polarisators gemäß dem Stand der Technik.
2a und 2b sind grafische Darstellungen der relativen Leistungsfähigkeit von Drahtgitter-Polarisatoren des Standes der Technik und Polarisations-Strahlteiler, die im sichtbaren Spektrum arbeiten sollen.
Die 3a und 3b sind grafische Darstellungen von transmittierten, reflektierten und Gesamt-Polarisations-Kontrastverhältnissen gegenüber der Wellenlänge des sichtbaren Spektrums für einen Drahtgitter-Polarisationsstrahlteiler einer Art, wie im Stand der Technik beschrieben.
4 ist eine Konturdarstellung des gesamten Kontrastes gegenüber dem Einfallswinkel für Licht von 500 nm für einen Drahtgitter-Polarisationsstrahlteiler eines Typs, wie er im Stand der Technik beschrieben ist.
Die 5a–5d sind Schnittansichten von verschiedenen Konfigurationen des Drahtgitter-Polarisators gemäß dem Stand der Technik.
Die 5e–5f sind Schnittansichten von verschiedenen Konfigurationen des Drahtgitter-Polarisators gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 6a und 6b sind grafische Darstellungen, welche die reflektierten und transmittierten Polarisationskontrastverhältnisse gegenüber der Wellenlänge darstellen und das Gesamtkontrastverhältnis gegenüber der Wellenlänge für einen Drahtgitter-Polarisator, wobei die Einrichtung eine 6-Schicht Struktur aufweist.
Die 7a–7d sind grafische Darstellungen, welche die reflektierten und transmittierten Polarisations-Kontrastverhältnisse gegenüber der Wellenlänge zeigen und dem Gesamtkontrast gegenüber der Wellenlänge für einen Drahtgitter-Polarisator, wobei die Einrichtung eine 18-Schicht Struktur aufweist.
Die 8a und 8b sind grafische Darstellungen der reflektierten und transmittierten Polarisations-Kontrastverhältnisse gegenüber der Wellenlänge und dem Gesamtkontrastverhältnis gegenüber der Wellenlänge für einen Drahtgitter-Polarisator, wobei die Einrichtung eine alternierende 18-Schicht Struktur aufweist.
9a und 9b sind grafische Darstellungen, welche die reflektierten und transmittierten Polarisations-Kontrastverhältnisse gegenüber der Wellenlänge zeigen und das Gesamtkontrastverhältnis gegenüber der Wellenlänge für einen Drahtgitter-Polarisator, wobei die Einrichtung eine 5-Schicht Struktur aufweist.
10a und 10b sind grafische Darstellungen von reflektierten und transmittierten Polarisations-Kontrastverhältnissen gegenüber der Wellenlänge und des Gesamtkontrastverhältnisses gegenüber der Wellenlänge für einen Drahtgitter-Polarisator, wobei die Einrichtung eine alternierende 5-Schicht Struktur aufweist.
11a–11c sind Schnittansichten von verschiedenen Konfigurationen von optischen Modulationssystemen, welche die Drahtgitter-Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden könnten.
Die 12a–12c sind Schnittansichten, die nacheinander die Herstellung des Drahtgitter-Polarisators gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei verschiedene Elemente der vorliegenden Erfindung mit numerischen Bezugszeichen versehen sind und wobei die Erfindung derart diskutiert wird, dass ein Fachmann in die Lage versetzt wird, die Erfindung nachzuvollziehen und zu verwenden.
1 zeigt einen grundlegenden Drahtgitter-Polarisator gemäß dem Stand der Technik und definiert Begriffe, die in einer Serie von illustrativen Beispielen des Standes der Technik und der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der Drahtgitter-Polarisator 100 weist eine Mehrzahl von parallelen leitfähigen Elektroden (Drähten) 110 auf, die von einem dielektrischen Substrat 120 getragen werden. Die Einrichtung ist durch den Abstand des Gitters oder den Pitch oder die Periode der Leiter charakterisiert, welche als p bezeichnet wird; außerdem durch die Breite der jeweiligen Leiter, die als w bezeichnet wird; und die Dicke der Leiter, die als t bezeichnet wird. Nominal verwendet ein Drahtgitter-Polarisator Sub-Wellenlängenstrukturen, so dass der Pitch (p) die Breite der Leiter oder Drähte (w) und die Dicke der Leiter oder Drähte (t) geringer als die Wellenlänge des einfallenden Lichtes (λ) sind. Ein Lichtstrahl 130, der durch eine Lichtquelle 132 hervorgebracht wird, fällt in einem Winkel θ gegen die Normale auf den Polarisator, wobei die Einfallsebene orthogonal zu den leitenden Elementen ist. Der Drahtgitter-Polarisator 100 trennt diesen Strahl in einen spiegelreflektierten Lichtstrahl 140 und einen nicht-gebeugten transmittierten Lichtstrahl 150. Ein gebeugter Lichtstrahl 160 höherer Ordnung könnte ebenfalls vorhanden sein, wenn der einfallende Lichtstrahl 130 Licht von einer Wellenlänge aufweist, das die Drahtgitterstruktur der Drähte 110 und Furchen 115 als Beugungsgitter statt als Sub-Wellenlängenstruktur sieht. Die üblichen Definitionen für S- und P-Polarisationen werden verwendet, so dass Licht mit S-Polarisationen einen Polarisationsvektor orthogonal zu der Einfallsebene aufweist und daher parallel zu den leitenden Elementen. Im Gegensatz dazu hat Licht mit einer P-Polarisation einen Polarisationsvektor parallel zu der Ebene des einfallenden Lichts und daher orthogonal zu den leitenden Elementen.
In der 2a ist für Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Spektrums die Transmissionseffizienzkurze 200 gezeigt und das transmittierte „p" Polarisations-Kontrastverhältnis als Kurve 205 für kommerziell verfügbare Drahtgitter-Polarisationsstrahlteiler von Moxtek Inc. aus Orem, Utah. Diese ist ähnlich zu den Drahtgitter-Polarisationsstrahlteilern, wie sie in dem US-Patent Nr. 6,108,138 beschrieben sind, welches einen Pitch von etwa 130 nm (p ~λ /5) Drähte aufweist (parallele leitende Elektroden 110) mit einem Duty Cycle von 40–60% (52–78 nm Drahtbreite (w)), angeordnet auf einem dielektrischen Substrat 120. Die massiven Metalldrähte sind als mehr als 20 nm dick definiert, was sicherstellt, dass eine ausreichende Metalldicke vorhanden ist, welche die Skintiefe (δ) für sichtbare Wellenlängen übersteigt. Diese Daten sind repräsentativ für diese Einrichtung für einen mittleren NA (numerische Aperture) Lichtstrahl, welcher auf den Drahtgitter-Polarisator 100 bei einem Einfallswinkel (θ) von 45° fällt. Da diese Einrichtung den einfallenden Lichtstrahl 130 in zwei austretende polarisierte Strahlen (140 und 150) teilt, und diese Lichtpfade räumlich unterscheidbar von dem eintretenden Lichtpfad sind, wird diese Einrichtung als polarisierender Strahlteiler verstanden. Die Kurve 105 des transmittierten Kontrastverhältnisses misst den mittleren Kontrast des transmittierten „p" polarisierten Lichts, relativ zu dem transmittierten „s" polarisierten Licht (Tp/Ts) wobei das „s" polarisierte Licht unerwünschte Leckage (Durchlässigkeit) bedeutet. In gleicher Weise zeigt die Kurve 210 das reflektierte Kontrastverhältnis und misst den mittleren Kontrast des reflektierten „s" polarisierten Lichts relativ zu dem „p" polarisierten Licht (Rs/Rp). Unter Bezug auf 2b wird für Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Spektrums die mittlere Leistungsfähigkeit für kommerziell verfügbare Drahtgitter-Polarisatoren 100 von Moxtek für in Normalrichtung einfallende (θ = 0°) mittlere NA Lichtstrahlen von Licht 130 gezeigt. Insbesondere ist die Transmissionseffizienzkurve 220 und die Kurve 225 des transmittierten Kontrastverhältnisses gezeigt (für „p" polarisiertes Licht). Die Leistungsfähigkeit dieser beiden Einrichtungen, die allgemein für „p" Polarisation einen Strahlkontrast > 300:1 für den transmittierten Strahl hat und relativ gut und befriedigend für viele Anwendungen ist.
Obwohl die Leistungsfähigkeitskurven in 2a und 2b sehr gut bezüglich vorher verfügbarer Drahtgitter-Einrichtungen sind, als auch für vorher bestehende Polarisatoren im Allgemeinen, gibt es dennoch Raum für Verbesserungen. Insbesondere ist das Kontrastverhältnis des reflektierten „s" polarisierten Strahls bei den Drahtgitter-Polarisationsstrahlteilern eher gering, wie durch die Kurve 210 des reflektierten Kontrastverhältnisses gezeigt. Der Polarisationskonstrast ist nur ungefähr 10:1 im blauen Spektrum (bei 450 nm) und selbst in dem roten (650 nm) ist er nur auf ungefähr 40:1 gestiegen. In Anwendungen, bei denen die reflektierten und transmittierten Strahlen guten Polarisationskonstrast erfordern, ist diese Leistungsfähigkeit unzureichend. Beispielsweise wird in LCD-basierten elektronischen Projektionssystemen, bei denen projiziertes Licht sowohl durch den Polarisationsstrahlteiler transmittiert und von diesem reflektiert wird und bei denen die Strahlen lichtstark sind (F/4 oder weniger), die geringe Reflektionsleistungsfähigkeit erfordern, dass das System mit zusätzlichen Komponenten versehen wird. Während diese Drahtgitter-Polarisationsstrahlteiler gemäß dem Stand der Technik Kontraste von ungefähr 1200:1 im Roten bereitstellen, ist es zusätzlich der Fall, dass die Polarisation deutlich mit der Wellenlänge variiert und auf ungefähr 400:1 im niedrigen blauen Bereich abfällt (siehe wiederum die Kurve 205 des transmittierten Kontrastverhältnisses in 2a).
Der Level von Leistungsfähigkeit der grundlegenden Drahtgitter-Polarisatoren kann verbesserte werden, indem die Breite der Drähte verändert wird, die Dicke der Drähte, der Pitch der Drähte oder eine Kombiniation dieser drei. Jedoch können diese Designveränderungen nicht unbedingt Kontrastverhältnisse bereitstellen, die für den reflektierten Strahl oder über das erforderliche Wellenlängenband erwünscht sind. Außerdem werden die Verbesserungen bei der Leistungsfähigkeit von Drahtgitter-Designs, die in dem US-Patent 6,122,103 beschrieben sind und die das Wellenlängenpaßband verbreitern und die Transmissionseffizienz durch Modifikation der Interaktion des einfallenden Lichts mit dem dielektrischen Substrat 120 verbessern, nicht unbedingt ein ausreichendes Kontrastverhältnis für breitbandige und sichtbare Anwendungen mit hohem Kontrast bereitstellen. Die Drahtgitter-Polarisatoren des US-Patents Nr. 6,108,131 und 6,122,103 auch die anderen Drahtgitter-Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik nutzen nur Resonanzeffekte innerhalb der Ebenen der langgestreckten Drähte (X:Y aus 1) aus, was auch die Drahtgitter-Polarisatoren oder Polarisations-Strahlteiler umfasst. Da das einfallende Licht mit den Drähten und dem dielektrischen Substrat 120 gleichzeitig wechseln wird, beeinflussen die strukturellen Details an der Schnittstelle auch die Leistungsfähigkeit (wie in dem US-Patent Nr. 6,122,103 diskutiert). Daher sollte die Ebene der Drähte so betrachtet werden, dass sie die Drähte selbst und auch die unmittelbare Oberfläche und unterhalb der Oberfläche des dielektrischen Substrats 120 enthält.
Um einen Benchmark für die verbesserten Einrichtungen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, wurden einige Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik ausführlicher analysiert. 3a zeigt die berechneten reflektierten und transmittierten Polarisationskontrastverhältnisse als Funktionen der Wellenlänge für eine Einrichtung, die ähnlich dem Drahtgitter-Polarisationsstrahlteiler ist, der in dem US-Patent 6,108,131 beschrieben ist. Diese Analyse wurde unter Verwendung des Gsolver Gitteranalyse Software Tools modelliert, welches es erlaubt, Sub-Wellenlängenstrukturen sorgfältig unter Verwendung von präzisen Analysen von gekoppelten Wellen (RCWA) modellieren. Gsolver ist kommerziell verfügbar von der Grating Solver Development Company, Postfach 353 in Allen, Texas. Die Drahtgittereinrichtung wurde als Serie von parallelen, langgestreckten Drähten modelliert, die unmittelbar auf transparentem Glassubstrat gebildet waren. Die Analyse nimmt ein Aluminium-Drahtgitter mit einer Periode von p = 0,13 μm, einer Leiterbreite von w = 0,052 μm (40% Duty Cycle) einer Leiterdicke von t = 0,182 μm und einem Brechungsindex des Substrats von n = 1,525 an. Aus Gründen der Einfachheit berücksichtigt diese Analyse nur einen gebündelten Strahl, der in einem Winkel von θ = 45° auf den Drahtgitter-Polarisationsstrahlteiler fällt. 3 zeigt den transmittierten Strahlkontrast 250 (Tp/Ts) und des kollimierten reflektierten Strahlkontrasts 255 (Rs/Rp). Der errechnete transmittierte Strahlkontrast 250 reicht von 10⁴ bis 10⁵:1 über das sichtbare Spektrum, was deutlich größer ist als die etwa 1000:1 Pegel, die für die tatsächliche Einrichtung berichtet werden, wie in 2a gezeigt. Jedoch zeigt der Plot 250 aus 2a die Winkel-gemittelte Leistungsfähigkeit einer tatsächlichen Einrichtung während der Plot 250 aus 3a die theoretische Leistungsfähigkeit eines kollimierten Strahls durch eine perfekte Einrichtung darstellt. 3a zeigt außerdem den reflektierten Strahlkontrast 255, wie er für diese Art von Drahtgitter- Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik moduliert wurde. Der berechnete theoretische reflektierte Strahlkontrast reicht von ungefähr 10:1 bis ungefähr 100:1 über das sichtbare Spektrum und ist nur marginal besser als der reflektierte Strahlkontrast 255, der in 2a für eine tatsächliche Einrichtung gegeben ist. 3b zeigt einen Plot des theoretischen Gesamtkontrasts 275, wobei der Gesamtkontrast cC berechnet wird als: C = 1/((1/Ct) + (1/Cr) (3).
Der Gesamtkontrast C, welcher den Kontrast des transmittierten Lichtstrahls 150 („p” Polarisation) mit dem Kontrast des reflektierten Lichtstrahls 140 („s” Polarisation) kombiniert, kann im Wesentlichen als durch das geringste Kontrastverhältnis bestimmt angesehen werden, welches der Kontrast für den reflektierten Lichtstrahl ist. Daher ist der Gesamtkontrast der Einrichtung gemäß dem Stand der Technik aus US-Patent Nr. 6,108,131 begrenzt durch den „s" polarisierten reflektierten Strahl und beträgt nur etwa 10:1 bis 100:1 innerhalb des sichtbaren Spektrums, wobei die geringste Leistungsfähigkeit für blaue Wellenlängen vorliegt.
4 zeigt die modelierte Variation des gesamten Kontrastverhältnisses C als Konturlinien gegenüber einem Winkel bei 500 nm für die gleiche Einrichtung gemäß dem Stand der Technik (die Koordinate 0,0 entspricht 45°). Dies zeigt, dass das gesamte Kontrastverhältnis 275 signifikant mit dem Einfallswinkel variiert, von ungefähr 23:1 bei 45° Einfallswinkel bis ungefähr 14:1 bei ungefähr 55° Einfallswinkel (Polarwinkel +10°) bis ungefähr 30:1 bei ungefähr 35° Einfallswinkel (Polarwinkel +10°, Azimuthalwinkel 180°). Daher zeigt 4 wirkungsvoll wie das Gesamtkontrastverhältnis im Mittel geringer ist, indem ein großer NA einfallender Strahl Lichts vorliegt. Natürlich ist der Gesamtkontrast C durch den reflektierten Kontrast (Rs/Rp), begrenzt. Eine ähnliche Analyse von nur dem transmittierten Strahlkontrast (Tp/Ts) über dem Winkel zeigt die Kontrastkonturlinien, die einem Muster in Form eines „Malteserkreuzes" folgt, mit sehr hohen Kontrastwerten (>10⁴:1) in nur einem sehr schmalen Winkelbereich, während mittlere Kontrastwerte von ungefähr 800:1 in einem relativ breiten (>12° polar, 25° azimuthal) Winkelbereich zu finden sind. Die Lichteffizienz wurde auch mit Gsolver moduliert, und verifiziert im Wesentlichen die Transmissionseffizienzkurve 200 aus 2a. Die Transmissionseffizienz für „p" polarisiertes Licht war gleichmäßig ungefähr 87% über dem größten Teil des sichtbaren Spektrums während das reflektierte „s" Licht in seiner Effizienz sehr gleichmäßig ungefähr 92% über das sichtbare Spektrum war.
Drahtgitter-Polarisatoren 300 der vorliegenden Erfindung verwenden eine Konstruktion 301 gemäß dem Stand der Technik und gezeigt in der Schnittansicht in 5a, wobei jeder der langgestreckten zusammengesetzten Drähte 310 (oder parallele leitende Elektroden) eine intern geschichtete Struktur aufweist, die eine Serie von mehreren langgestreckten Metalldrähten (320, 322, 324) und alternierende langgestreckte dielektrische Streifen (dielektrische Schichten 340, 342, 344) aufweist und auf einem transparenten dielektrischen Substrat 305 angeordnet sind. Indem die zusammengesetzten Drähte 310 des Drahtgitter-Polarisators in geeigneter Weise hergestellt werden, wobei die jeweiligen Dicken der Metalldrähte und der dielektrischen Schichten geeignet definiert sind, kann eine Kombination von Photonentunneln und Intra-Gitterresonanzeffekten ausgenutzt werden, um die Leistungsfähigkeit des Polarisators zu verbessern. Gegenüber Drahtgitter-Polarisatoren gemäß dem Stand der Technik verwenden die Drahtgitter-Polarisatoren der vorliegenden Erfindung nicht nur Resonenzeffekte innerhalb der Ebene (X:Y Ebene) der langgestreckten Drähte sondern nutzen auch Resonanzeffekte zwischen mehreren parallelen Intra-Drahtebenen entlang der Z-Achse zum Definieren und Verbessern der Leistungsfähigkeit. Es sollte klar sein, dass die Drahtgitter-Polarisatoren 301, die in den 5a bis 5d gezeigt sind, keine maßstabsgerechten Illustrationen sind und die zusammengesetzten Drähte 310 übertrieben dargestellt sind, um die Intra-Drahtsubstruktur von langgestreckten Metalldrähten im Wechsel mit dielektrischen Schichten zu zeigen. Wie vorher, bei den anderen Drahtgitter-Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik, sind der Pitch (p) und die Drahtbreite (w) im Sub-Wellenlängenbereich (~λ/5 oder kleiner) dimensioniert. Die Drahtdicke ist (t) ist ebenfalls nominal im Sub-Wellenlängenbereich, obwohl dies nicht unbedingt erforderlich ist, wie noch ausgeführt wird.
Insbesondere ist das Design der Drahtgitter-Polarisatoren der gegenwärtigen Erfindung begründet auf der Verwendung eines nicht sehr bekannten physikalischen Phänomens, dem resonanzverstärkten Tunneln, bei dem entsprechend konstruierte Metallschichten teilweise transparent für einfallendes Licht sind. Dieses Phänomen, welches auftritt, wenn eine photonische Bandlückenstruktur erstellt wird, die ein resonanzverstärktes Tunneln ermöglicht, ist in der Literatur beschrieben, z. B. in dem Überblicksartikel „Photonic Band Gap Structure Makes Metals Transparent" in OE Reports, Dezember 1999, Seite 3. Die Konzepte sind außerdem in größerer Detailliertheit in dem Artikel „Transparent, Metallho-Dielectric, One-Dimensional, Photonic Band-Gap Structures" in J. App. Phys. 83 (5), auf den Seiten 2377–2383 vom 1 März 1998 von M. Scalora et al. beschrieben.
Üblicherweise wird vom einfallenden Licht angenommen, dass es sich durch einen Metallfilm nur für eine kurze Distanz fortpflanzt, bekannt als Skintiefe (δ), bevor die Reflektion auftritt. Die Skintiefe kann durch die Gleichung (4) folgendermaßen berechnet werden: δ = λ/4πni, (4)wobei die errechnete Tiefe der Distanz entspricht, bei der die Lichtintensität auf ungefähr 1/e² ihres Wertes an der Eingangsfläche aufweist (wobei n_i der imaginäre Anteil des Brechungsindexes ist). Herkömmlicherweise werden dünne Metallschichten als undurchlässig für transmittiertes sichtbares Licht betrachtet, wenn ihre Dicke die typischen Skintiefenwerte δ von lediglich 10–15 nm für Metalle wie Aluminium und Silber überschreitet. Wie jedoch diese Artikel beschreiben, kann eine metallisch-dielektrische Photonenbandlückenstruktur erstellt werden, mit abwechselnden Schichten von dünnen Metallschichten und dünnen dielektrischen Schichten, so dass das einfallende Licht tatsächlich durch die einzelnen Metallschichten transmittiert werden kann, die dicker als die Skintiefe δ sind. (Per Definition ist eine photonische Bandlückenstruktur eine nanoskopische Struktur mit abwechselnden Schichten eines Materials oder Abschnitten von ähnlicher Dicke mit verschiedenen Brechungsindices, die periodisch oder quasi-periodisch auf einem Substrat oder einer anderen Struktur beabstandet sind, so dass ein Bereich von Wellenlängen transmittiert (oder blockiert wird)). Am Einfachsten kann man sich diese Strukturen vorstellen, indem man einen einfachen zusammengesetzten Draht 310 aus 5a betrachtet und seine Bestandteile, die abwechselnden Metalldrähte (320, 322, 324) und dielektrischen Schichten (340, 342, 344), als seien sie in eine Scheibe/Fläche gestreckt, um einen Großteil der zweidimensionalen Oberfläche des dielektrischen Substrats zu bedecken. Beispielsweise ist eine Dreiperiodenstruktur in diesen Artikeln beschrieben, die drei 30 nm dicke Aluminium (A1) Schichten aufweist, die durch drei 140 nm dicke Magnesiumfluoridschichten (MgF2) getrennt sind und welche eine variable 15–50 Transmission im grünen Wellenlängenband bereitstellt. Tatsächlich tunnelt einfallendes Licht durch die erste dünne metallische Schicht und trifft evaneszent auf die nachfolgende dielektrische Schicht. Das durch die erste Metallschicht transmittierte und in die folgende dielektrische Schicht eingetretene Licht trifft auf die zweite Metallschicht. Die geeigneten Grenzbedingungen sind dann so hergestellt, dass die Gesamtstruktur ungefähr wie ein Fabry-Perot Interferrometer (oder Etalon) wirkt und eine Resonanz in der dielektrischen Schicht die Lichttransmission durch die Metallschichten verbessert. Der resonanzverstärkte Tunneleffekt wird dann weiterhin verbessert durch das wiederholte Design der Struktur mit abwechselnden dünnen metallischen und dünnen dielektrischen Schichten. Tatsächlich zeigen diese Artikel, dass ein Hinzufügen von mehr Perioden (und daher eine Vergrößerung der gesamten Metalldicke) die gesamte Lichttransmission gegenüber Strukturen mit weniger Perioden verbessern kann und auch die Oszillationen innerhalb des Bandpassbereiches verringert. Ferner wird gezeigt, dass die Einstellung der dielektrischen Schichtdicke die Kanten der Bandpassstruktur zu längeren oder kürzeren Wellenlängen verschieben kann, abhängig von den vorgenommenen Veränderungen. Üblicherweise sind die dünnen dielektrischen Schichten in diesen Strukturen deutlich dicker als die dünnen Metallschichten (~3–10 × oder größer) während die dünnen Metallschichten nur eine Skintiefe dick sein können, jedoch auch ein mehrfaches dicker als die theoretische Skintiefe (δ) sein können.
Dieses resonanzverstärkte Tunnelphänomen, welches mit metallo-dielektrischen photonischen Bandlücken möglich ist, wurde in praktischen Einrichtungen noch nicht weit verbreitet verwendet. In den zitierten Literaturstellen ist dieser Effekt als nützlich für lichtabschirmende Einrichtungen betrachtet, die einen Wellenlängenband (das sichtbare z. B.) zu transmittieren und nahe andere Bänder (UV und IR) blockieren. Tatsächlich können derartige photonische Bandlückenstrukturen eine Unterdrückung von nahen Wellenlängenbändern erreichen, die um Größenordnungen besser ist als die eines einfachen Metallfilters. Zusätzlich beschreiben die US-Patente Nr. 5,751,466 (Dowling et al.) und 5,907,427 (Scalora et al.) die Verwendung dieses Effekts für das Design von variablen photonischen Signalverzögerungseinrichtungen für optische Telekommunikationen. Jedoch sah der Stand der Technik nicht die Nutzen der Anwendung dieses resonanzverstärkten Tunnels von metallo-dielektrischen photonischen Bandlückenstrukturen für das Design von Polarisationseinrichtungen im Allgemeinen voraus oder für Drahtgitter-Polarisatoren und Polarisations-Strahlteiler im Besonderen. Ferner ist es nicht unbedingt klar, dass die resonanzverstärkten Tunneleffekte die Leistungsfähigkeit eines Drahtgitter-Polarisationsgerätes verbessern würden, indem der Polarisationskontrast oder die Transmission über das gesamte sichtbare Spektrum oder auch nur ein einziges Farbband verbessert wird.
Dementsprechend verwenden Drahtgitter-Polarisatoren 300 der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von identisch hergestellten langgestreckten zusammengesetzten Drähten 310, wie in den 5a–5d dargestellt, wobei jede eine Intra-Drahtsubstruktur mit einer abwechselnden Folge von Metalldrähten (320, 322, 324) und dielektrischen Schichten (340, 342, 344) aufweist. Wie bei den anderen Drahtgitter-Polarisatoren gemäß dem Stand der Technik wird Licht der Polarisation parallel zu den Drähten von der Einrichtung reflektiert und Licht mit einer Polarisation orthogonal zu den Drähten wird transmittiert. Wo jedoch andere Drahtgitter-Polarisatoren gemäß dem Stand der Technik verhältnismäßig dicke Drähte verwenden, die aus monolithisch abgeschiedenem Metall von etwa 100–150 nm Dicke bestehen, bilden Drahtgitter-Polarisatoren der vorliegenden Erfindung in effektiver Weise jeden Draht als eine Serie von abwechselnden dünnen Metallschichten und dielektrischen Schichten. Als ein Ergebnis wird das einfallende Licht einer Polarisation orthogonal zu den Drähten teilweise durch die metallischen Schichten selbst durch photonisches Tunneln und verstärkte Resonanzeffekte transmittiert und daher wird das Gesamtkontrastverhältnis des transmittierten polarisierten Lichts gegenüber dem reflektierten polarisierten Licht verbessert. Im Vergleich zu anderen Drahtgitter-Polarisatoren gemäß dem Stand der Technik, die sich ausschließlich auf Resonanzeffekte innerhalb der Ebene der Drähte (die X:Y Ebene aus 1) verlassen, verwenden die Drahtgitter-Polarisationseinrichtungen der vorliegenden Erfindung außerdem Resonanzeffekte in der orthogonalen Richtung (die Z-Richtung in 1) zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit.
Das erste Beispiel eines Drahtgitter-Polarisators 301 gemäß dem Stand der Technik ist in 5a gezeigt, wobei jeder langgestreckte zusammengesetzte Draht 310 eine periodische geschichtete Intra-Drahtstruktur 315 von sechs Schichten mit alternierenden Schichten von Metall (Metalldrähte 320, 322, 324) und die Dielektrika (dielektrische Schichten d340, 342, 344) aufweist. Wie bei den anderen Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik wurde der Drahtgitter-Polarisator 301 als Struktur mit Drähten mit einem Pitch von 130 nm (p ~ λ/5) mit einem Duty Cycle von 40% moduliert, so dass die Breite (w) der Drähte 52 nm beträgt. Die Furchen 312 zwischen den zusammengesetzten Drähten 310 sind 78 nm breit. Die Furchen 312 sind üblicherweise mit Luft gefüllt, eher als mit einem anderen Medium, wie einer optischen Flüssigkeit oder einem Gel. In gleicher Weise wie die Einrichtung gemäß dem Stand der Technik, wurde diese Einrichtung als Polarisations-Strahlteiler mit einem kollimierten Strahl, einfallend bei einem Winkel von θ = 45° modelliert. Zusätzlich wurden zusammengesetzte Drähte 310 mit einer Intra-Drahtstruktur 315 modelliert, die drei dünne dielektrische Schichten (dielektrische Schichten 340, 342, 344) aus MgF2, jeweils 33 nm dick, aufweisen, alternierend mit drei dünnen Metallschichten (Metalldrähte 320, 322 und 324) aus Aluminium, jeweils 61 nm dick.
Gemäß der Theorie des effektiven Mediums wechselwirkt einfallendes Licht mit dem effektiven Index jeder Schicht, wobei der effektive Index von der Geometrie der zusammengesetzten Drähte 310, der Geometrie der Schicht selbst, im komplexen Brechungsindex der Schicht (entweder metallisch oder dielektrisch), dem Brechungsindex des Materials zwischen den Drähten (Luft) und den Kantenbedingungen durch die benachbarte Schicht abhängt. Wie in 5a gezeigt, ist für dieses Beispiel eines Drahtgitter-Polarisators 301 die Intra-Drahtstruktur derart designed, dass die dritte dielektrische Schicht 344 zwischen dem dritten metallischen Draht 324 und der Oberfläche 307 des transparenten dielektrischen Substrats 305 angeordnet ist. Die gesamte Drahtdicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310, ist die Summe der Dicken von den drei Metalldrähten 320, 322 und 324 und der drei dielektrischen Schichten 340, 342, 344 und beträgt 282 nm oder (~λ/2). Die modulierte Polarisations-Leistungsfähigkeit für diese Einrichtung, welche in den 6a und 6b gezeigt ist, ist eine Verbesserung sowohl in der Reflektion als auch der Transmission gegenüber dem grundlegenden Drahtgitter-Polarisator, dessen modulierte Ergebnisse in den 3a und 3b gegeben sind. Die Leistungsfähigkeit wurde mit Gsolver modelliert, unter Verwendung von acht Beugungsordnungen, um die Genauigkeit sicherzustellen. Wie in der 6a gezeigt, variiert der theoretische transmittierte Strahlkontrast 250 für „p" Licht von 10⁵ bis 10⁶:1 über das sichtbare Spektrum, während der reflektierte Strahlkontrast 255 für „s" Licht im Mittel ungefähr gleichmäßig bei ~100:1 über das sichtbare Spektrum liegt. Das gesamte Kontrastverhältnis 275, welches in 6b gezeigt ist, mittelt sich ebenso zu ~100:1 über das gesamte sichtbare Spektrum. Die verbesserte Polarisations-Leistungsfähigkeit wird nicht auf die Kosten der Effizienz gewonnen, da die „s" Lichtreflektionseffizienz ~91 ist, während die „p" Licht Transmissionseffizienz bei ~83 liegt, mit geringen Variationen über das sichtbare Spektrum. Mit derart relativ hohen und gleichmäßigen Polarisationskontrasten für das reflektierte „s" polarisierte Licht, könnte diese Einrichtung eine verbesserte Leistungsfähigkeit als Polarisations-Strahlteiler bereitstellen, bei solchen Anwendungen, bei denen sowohl „p" als auch „s" polarisierte Strahlen verwendet werden. Es ist zu beachten, dass diese Einrichtung ebenfalls eine ungefähr 10-fache Verbesserung in dem „p" polarisierten Lichtkontrast (auch bekannt als Polarisations Extinktionsverhältnis) gegenüber dem Gerät gemäß dem Stand der Technik aus dem US-Patent 6,108,131 aufweist, wie auch eine verbesserte Blau-Performance, wobei der reflektierte Strahlkontrast 255 und das gesamte Kontrastverhältnis 275 sich zu ~250:1 Kontrast über das meiste des blauen Spektrums mittelt. Eine derartige Leistungsfähigkeit könnte in vielen Anwendungen nützlich sein, einschließlich Projektionssystemen.
Zusätzlich geschehen die Verbesserungen im Gesamtkontrast 275 und dem transmittierten Strahlkontrast 250 des ersten Beispieldrahtgitter-Polarisationsstrahlteilers, wie in 6a, 6b gezeigt mit den Geräten gemäß dem Stand der Technik verglichen, wie sie in 3a und 3b gezeigt sind, nicht auf Kosten einer verringerten Winkelleistungsfähigkeit. Eine Konturplotanalyse des Gesamtkontrastes C zeigte, dass durchschnittliche Kontrastwerte von ~500:1 innerhalb eines großen Winkelbereichs (+/–12° polar und +/–30° azimuthal) bei 500 nm zu erzielen sind. Diese erste Beispieleinrichtung war auch für einen kollimierten Strahl bei einem Einfall in Normalrichtung (θ = 0°) moduliert. Da der transmittierte Strahlkontrast über das gesamte sichtbare Spektrum größer als 10⁵:1 bei normalem Einfall ist, wurde gezeigt, dass der erste beispielhafte Drahtgitter-Polarisator sich gut als Polarisations-Analysator oder Polarisator erwies und nicht nur ein Drahtgitter-Polarisationsstrahlteiler ist.
Obwohl sowohl die vorliegende Erfindung für einen Drahtgitter-Polarisator und der Drahtgitter-Polarisator von Garwin et al. in dem US-Patent 4,289,381 beide mehrere Ebenen von Schichten der Z-Achsenrichtung gemusterten Drähten aufweisen, sind diese Drahtgitter-Polarisationseinrichtungen deutlich unterschiedlich. Insbesondere sind die Drähte in jeder der mehreren Drahtgitter-Ebenen des US-Patents Nr. 4,289,381 dick (100–1000 μm) und solide Metalldrähte, die keine Intra-Drahtsubstruktur aufweisen und die zu dick für eine nutzbare evaneszente Transmission durch die Drähte sind. Zusätzlich sind die mehreren Drahtebenen für den Zwei-Gitterfall aus dem US-Patent Nr. 4,289,381 vorzugsweise mit einem halben Pitch-Offset (p/2) versehen, statt eine überlappende Ausrichtung aufzuweisen. Schließlich ordnet das US-Patent Nr. 4,289,381 mit seinem Drahtgitter-Polarisatordesign angrenzende Drahtgitter mit einem Zwischengitter-Abstand (1) und einem Pitch-Offset (p/2) derart an, um das Auftreten von Inter-Gitterresonanz oder Etaloneffekten zu vermeiden. Demgegenüber verwenden die Drahtgitter-Polarisatoren 301 insbesondere Etalon- Resonanzeffekte innerhalb der geschichteten Intra-Drahtsubstruktur, um die Leistungsfähigkeit zu verbessern.
Ein zweites Beispiel eines Drahtgitter-Polarisators 301 gemäß dem Stand der Technik ist in 5b gezeigt, wobei jeder zusammengesetzte Draht 310 eine periodische geschichtete Intra-Drahtstruktur 315 aus 18 Schichten mit abwechselnden Schichten von Metall (Metalldrähte 330a–i) und Dielektrika (dielektrische Schichten 350a–i) aufweist. Wie bei der ersten Beispieleinrichtung wurde der zweite beispielhafte Drahtgitter-Polarisator 301 als Struktur mit 130 nm Pitch (p (~λ/5) bei zusammengesetzten Drähten 310 modelliert, mit einem Duty Cycle von 40 und einer Breite (w) von 52 nm. Wie vorher wurde auch diese Einrichtung als Polarisations-Strahlteiler modelliert, wobei ein kollimierter Strahl bei einem Winkel von θ = 45° einfällt. Wie vorher grenzt die abschließende dielektrische Schicht (330i) an das dielektrische Substrat 305. Jedoch wurden die zusammengesetzten Drähte 310 mit einer Intra-Drahtstruktur 315 moduliert, mit neun dünnen MgF2 Dielektrika Schichten (dielektrische Schicht 330a–i) wobei jede 39 nm dick ist, abwechselnd mit neun dünnen Aluminium-Metallschichten (Metalldrähte 350a–i), die jeweils 17 nm dick sind. Die gesamte Drahtdicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310, welches die Summe der Dicken der Metalldrähte 330a–i und der dielektrischen Schichten 350a–i ist, beträgt 504 nm, was etwa 1 λ entspricht. Die modulierte Polarisationsleistungsfähigkeit für diese Einrichtung, die in den 7a und 7b gezeigt ist, ist eine Verbesserung in sowohl der Reflektion als auch der Transmission gegenüber dem grundlegenden Drahtgitter-Polarisator, dessen modulierte Ergebnisse in 3a und 3b gezeigt wurden. Wie in 7a gezeigt, variiert der theoretische transmittierte Strahlkontrast 250 für „p" Licht von 10⁷ bis 10⁸:1 über das sichtbare Spektrum, während der reflektierte Strahlkontrast 255 für „s" Licht im Mittel bei ~100:1 über das sichtbare Spektrum liegt. Daher liegt das gesamte Kontrastverhältnis 275, wie in 7b gezeigt auch bei ~100:1 über das gesamte sichtbare Spektrum. Während diese Einrichtung deutlich komplizierter aufgebaut ist als die erste Beispieleinrichtung, ist der theoretische transmittierte Strahlkontrast 250 für „p" polarisiertes Licht etwa 100 Mal besser als in der ersten Beispieleinrichtung und etwa 1000 Mal besser als bei einer Einrichtung gemäß dem Stand der Technik (siehe 3a).
Das dritte Beispiel eines Drahtgitter-Polarisators 301 gemäß dem Stand der Technik ist eine 18-Schicht-Struktur, ähnlich derjenigen des zweiten Beispiels und gezeigt in 5b, wobei jeder zusammengesetzte Draht 310 eine geschichtete periodische Intra-Drahtstruktur 315 aus 18 Schichten aufweist, die abwechselnde Schichten von Metall (Metalldrähte 330a–i) und Dielektrika (dielektrische Schichten 350a–i) aufweisen, außer, dass die Dicke der Dielektrika und Metallschichten verändert wurden. In diesem Fall wurden die zusammengesetzten Drähte 310 mit einer Intra-Drahtstruktur 315 modelliert, die neun dicke MgF2 Dielektrika-Schichten (dielektrische Schichten 330a–i), jeweils 283 nm dick, aufweist, abwechselnd mit neun dünnen Aluminium-Metallschichten (Metalldrähte 350a–i), die jeweils 17 nm dick sind. Die gesamte Drahtdicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310 beträgt 2700 nm, welches ungefähr 5 λ entspricht. wie in den 7c und 7d gezeigt, im Vergleich mit den 7a und 7b, hat die dritte Einrichtung deutlich unterschiedliche Polarisationsleistung als die zweite Einrichtung, obwohl die einzige Änderung in der Dicke der dielektrischen Schichten 350a–i liegt. Wie aus der 7d deutlich wird, hat das gesamte Kontrastverhältnis 275 ein mittleres Kontrastverhältnis in dem blauen Spektrum von ~150:1, während die Leistungsfähigkeit in dem grünen und roten Spektrum verschlechtert ist. Der Plot des Gesamtkontrastverhältnisses 275 ist ebenfalls bemerkenswert hinsichtlich seiner starken und schnellen Oszillation in dem blauen Wellenlängenband, die von Peak zu Peak zwischen ~50:1 und 500:1 Kontrast hin- und herschwingen. Dieses Beispiel, welches dicke dielektrische Schichten verwendet, legt nahe, dass das Potential in der Herstellung von Wellenlängenbandabgestimmten Drahtgitter-Polarisationsstrahlteilern liegt, die nicht nur eine exzellente Leistungsfähigkeit für das „p" transmittierte Licht haben, sondern auch eine sehr gute Leistungsfähigkeit (250:1 oder besser) für das „s" reflektierte Licht. Obwohl Gsolver ein hervorragendes Analyse-Softwareprogramm ist, wurde der Code unglücklicherweise nicht geschrieben, um die Polarisationskontrast-Optimierung zu ermöglichen, so dass ein beispielhaftes Ergebnis mit einer weiter verbesserten Leistungsfähigkeit nicht verfügbar ist. Eine Optimierung dieses Designs, welches eine Variation der Dicken der Metallschichten und der dielektrischen Schichten ermöglicht und eine periodische oder doppelt periodische Struktur erzeugt, könnte die Leistungsfähigkeit im Blauen weiter verbessern und die erwünschten Ergebnisse bringen.
Es sollte außerdem angemerkt werden, dass gleiche Ergebnisse wie bei dem dritten Beispiel eines Drahtgitter-Polarisators 301 unter Verwendung von ähnlichen Intra-Drahtstrukturen 315 mit dicken dielektrischen Schichten erzielbar sind, jedoch mit anderen als insgesamt 18 Schichten. Das vierte Beispiel eines Drahtgitter-Polarisators, welches nicht gezeigt ist, wurde mit einer Struktur aus acht Schichten moduliert, wobei vier Schichten von MgF2 jeweils 525 nm dick, sich mit vier Schichten von Aluminium, jeweils 45 nm dick, abwechselten. Daher war die Gesamtdicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310 etwa 2,28 μm oder ~4 λ. Die modulierte Einrichtung ist ansonsten die gleiche wie die Einrichtung aus den vorhergehenden Beispielen, bezüglich des Drahtpitches (p), der Drahtbreite (w) und dem Einfallswinkel. Die sich ergebende Polarisationsleistung für diese vierte Beispieleinrichtung, wie in den 8a und 8b gezeigt, ist sehr ähnlich zu der des dritten Beispiels (7c und 7d) in dem blauen Spektrum. Interessanterweise legt die 8a das Potential für eine Struktur mit einem hohen Kontrast in dem blauen und roten Spektrum für sowohl die transmittierten als auch die reflektierten Strahlen nahe, während ein geringer Kontrast für beide Strahlen im grünen Spektrum gezeigt wird.
Bezüglich der zweiten und dritten Beispiele von 18-schichtigen Drahtgitter-Polarisatoren, die nur hinsichtlich des Designs der Dicke der dielektrischen Schichten (39 nm gegenüber 283 nm) variieren, können andere interessante Ergebnisse durch Modellieren von ähnlichen Einrichtungen mit zwischenliegenden dielektrischen Schichtdicken erhalten werden. Zum Beispiel bietet eine modellierte Einrichtung mit 56 nm dielektrischer Schichtdicke ein Minimum von 100:1 Gesamtkontrastverhältnisse über das gesamte sichtbare Spektrum, jedoch auch zwei lokalisierte Peaks bei ~450 nm und 610 nm, wobei der gesamte Polarisationskontrast ~1000:1 oder besser ist.
Das fünfte Beispiel eines Drahtgitter-Polarisators 301 gemäß dem Stand der Technik ist in 5c gezeigt, wobei jeder zusammengesetzte Draht 310 eine periodisch geschichtete Intra-Drahtstruktur 315 aus fünf Schichten mit abwechselnden Schichten von Metall (Metalldrähte 320, 322, 324) und Dielektrika (dielektrische Schichten 340 und 342) aufweist. Wie die anderen beispielhaften Einrichtungen wurde der fünfte beispielhafte Drahtgitter-Polarisator 301 als Struktur mit 130 nm Pitch (p ~ λ/5) bei zusammengesetzten Drähten 310 modelliert, mit einem Duty Cycle von 40% und einer Drahtbreite (w) von 52 nm. Ebenfalls wie zuvor wurde die Einrichtung als Polarisations-Strahlteiler modelliert, mit einem kollimierten Strahl, der in einem Winkel von θ = 45° auftrifft, jedoch hat diese Einrichtung eine Intra-Drahtstruktur 315, die mit einer Metallschicht (Metalldraht 324) benachbart zu dem dielektrischen Substrat 305 designed ist, statt einer dielektrischen Schicht, wie in dem vorhergehenden Beispiel. Die zusammengesetzten Drähte 310 wurden mit einer Intra-Drahtstruktur 315 moduliert, die zwei dünne MgF2 Dielektrika-Schichten (dielektrische Schichten 340 und 342) mit jeweils einer Dicke von 55 nm aufweisen, abwechselnd mit drei dünnen Aluminium-Metallschichten (Metalldrähte 320, 322 und 324) jeweils 61 nm dick. Die gesamte Drahtdicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310 beträgt 293 nm, was etwa λ/2 entspricht. Obwohl die modellierte Polarisationsleistungsfähigkeit für diese Einrichtung, die in den 9a und 9b gezeigt ist, eine Verbesserung sowohl hinsichtlich der Reflektion als auch der Transmission gegenüber den grundlegenden Drahtgitter-Polarisatoren (gezeigt in den 3a und 3b) ist, arbeitet diese 5-Schicht-Einrichtung nicht so gut wie die 6-Schicht-Einrichtung des ersten Beispiels. Wie in 7a gezeigt, variiert der theoretische transmittierte Strahlkontrast 250 für „p" Licht von 10⁵ bis 10⁶:1 über das sichtbare Spektrum, während der reflektierte Strahlkontrast 255 für „s" Licht im Mittel nur ~40:1 über das sichtbare Spektrum beträgt. Daher beträgt das Gesamtkontrastverhältnis 275, gezeigt in 7b, ebenfalls ~40:1 über das gesamte sichtbare Spektrum. Zusätzlich ist die Blau-Leistungsfähigkeit weniger gleichmäßig über das Wellenlängenband im Vergleich mit den ersten Beispieleinrichtungen. Nichtsdestotrotz ist diese Einrichtung mit einer Metallschicht (Draht 324) in Kontakt mit dem dielektrischen Substrat 305 dennoch nützlich.
Das sechste Beispiel eines Drahtgitter-Polarisators 301 gemäß dem Stand der Technik und gezeigt in 5d ist eine Abwandlung der fünften Beispieleinrichtung, die nur fünf Schichten innerhalb jedes zusammengesetzten Drahtes 310 aufweist, wobei die sechste Beispieleinrichtung eine aperiodische geschichtete Intra-Drahtstruktur 315 aufweist. Daher wurden die zusammengesetzten Drähte 310 mit einer Intra-Drahtstruktur 315 moduliert, die drei dünne Aluminiumschichten (Metalldrähte 320, 322 und 324) mit einer Dicke von 61 nm aufweist, abwechselnd mit zwei dünnen MgF2 Dielektrika-Schichten, wobei die dielektrischen Schichten 340 27,5 nm dick sind, während die dielektrische Schicht 342 hingegen 82,5 nm dick ist.
Wie zuvor steht die dritte Metallschicht 324 in Kontakt mit dem dielektrischen Substrat 305. Wie bei der fünften Beispieleinrichtung, ist die gesamte Drahtdicke (t) für diese Einrichtung 293 nm. Die modulierte Leistungsfähigkeit dieser Einrichtung, wie sie in den 10a und 10b gezeigt ist, ist ähnlich derjenigen der fünften Beispieleinrichtung (siehe 9a und 9b) bis auf die Tatsache, dass die Leistungsfähigkeit in dem blauen Spektrum im Durchschnitt höher ist, wie durch den Gesamtkontrast 275 gemessen. Die fünften und sechsten Beispieleinrichtungen legen wiederum das Potential für Wellenlängenband-abgestimmte Drahtgitter-Polarisator-Einrichtungen nahe.
Die Graphen der Lichteffizienz, wie anhand der „s" Polarisations-Reflektionseffizienz und „p" Polarisations-Transmissionseffizienz für die verschiedensten Beispiele (1–6) gemessen, sind nicht dargestellt, da die Datenveränderungen minimal sind. Im Allgemeinen ist die Reflektionseffizienz für „s" polarisiertes Licht gleichmäßig über das sichtbare Spektrum, bei Pegeln in den hohen 80er bis in den niedrigen 90ern Prozentbreichen der Effizienz. Die „p" Polarisations-Transmissionseffizienz war etwas weniger gleichförmig, da einige Beispieleinrichtungen einen Abfall in dem tiefen blauen Bereich des Spektrums zeigten. Außerdem war die gesamte „p" Polarisations-Transmissionseffizienz geringer als die „s" Lichteffizienz und im Allgemeinen lag sie in den niedrigen bis mittleren 80ern Prozentbereichen der Effizienz.
Es sollte klar sein, dass jeder der zusammengesetzten langgestreckten Drähte 310 eine Länge aufweist, die im Allgemeinen größer als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes ist. Daher haben die zusammengesetzten Drähte 310 eine Länge von wenigstens ~0,7 μm. In den meisten Einrichtungen in der Praxis werden die zusammengesetzten Drähte 310 mehrere mm messen oder sogar einige cm lang sein, abhängig von den Größenanforderungen der Anwendung. Während die verschiedenen beispielhaften Drahtgitter-Polarisationseinrichtungen der Anwendung mit einem Duty Cycle von 40% relativ zu der Breite (w) der zusammengesetzten Drähte 310 in Vergleich zu den Gitter-Pitch oder Periode (p) modelliert wurden, sollte klar sein, dass andere Duty Cycle verwendet werden können. Im Allgemeinen können Duty Cycle in dem Bereich von 40–60% die optimale Gesamtleistungsfähigkeit relativ zur Transmission im Kontrastverhältnis bereitstellen. Es ist bemerkenswert, wie durch die beispielhaften Einrichtungen dargestellt, dass die Gesamtdicke (t) der zusammengesetzten Drähte 310 von ungefähr einer halben Wellenlänge zu ungefähr fünf Wellen variieren kann, während weiterhin außergewöhnliche Transmissionen des transmittierten „p" polarisierten Lichts und eine Zurückweisung des „s" polarisierten Lichts erfolgen. Andererseits können gegenwärtige Herstellungsverfahren für Einrichtungen die erzielbaren Aspektverhältnisse (Dicke (t) zur Breite (w)) für die zusammengesetzten Drähte 310 limitieren. Im Ergebnis können die in der Praxis eingesetzten Einrichtungen im sichtbaren Spektrum auf eine Gesamtdicke (t) von nur ~100–300 nm Bereich (~λ/6 bis λ/2) beschränkt sein. Daher könnte eine Gesamtdrahtdickenbegrenzung den Lösungsraum und die Designfreiheit für mögliche Designs auf Basis der zusammengesetzten Drähte 310 mit einer geschichteten Intra-Drahtstruktur 315 von abwechselnden Metalldrähten und dielektrischen Schichten einschränken, aber dennoch können vorteilhafte Designs auch in dem begrenzten Lösungsraum zu finden sein. Im Vergleich hängen Drahtgitter-Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik stark von der Dicke der Metalldrähte ab, die dicker als mehrere Skintiefen (δ) sind, damit eine gute Zurückweisung des „s" polarisierten Lichtes erfolgt. Es ist außerdem bemerkenswert, dass die Beispieleinrichtung dieser Anwendung Dicken der langgestreckten Metalldrähte (330 beispielsweise) aufweisen können, die nur einige (~1–4) Skintiefen dick sind und dennoch eine außergewöhnliche Transmission des transmittierten „p" polarisierten Lichts und eine Zurückweisung des „s" polarisierten Lichts aufweisen. Zum Beispiel verwendet die fünfte Beispieleinrichtung mehrere Metallschichten, die jeweils 61 nm dick sind, was äquivalent zu ungefähr vier Skintiefen ist. Schließlich könnte die zweite oder gegenüberliegende Oberfläche des dielektrischen Substrats 120 eine Anti-Reflektions(AR)beschichtung zur Verstärkung der Gesamttransmission aufweisen.
Es sollte klar sein, dass diese verschiedenen Beispiele für Designs der Drahtgitter-Polarisatoren 301 mit geschichteter Intra-Drahtgitterstruktur 315, die eine Mehrzahl von alternierenden Metall- und Dielektrikschichten aufweisen, nicht den gesamten Bereich möglicher Design abdecken.
Einerseits begrenzen die Einschränkungen der Gsolver Software, die keine Optimierung des Polarisationskontrastes erlaubt die dargestellten Ergebnisse auf weniger als ihre Möglichkeiten. Außerdem können andere Kombinationen von Materialien beim Design verwendet werden, einschließlich des Ersatzes von Aluminium durch Gold oder Silber oder beispielsweise des Ersatzes des dielektrischen Materials MgF2 durch SiO2 oder TiO2. Die tatsächliche Auswahl von Material hängt sowohl von der erwünschten Designleistungsfähigkeit als auch den Prozesseinschränkungen ab. Es sollte außerdem klar sein, dass sowohl die beispielhaften Einrichtungen mit einer äußersten Schicht (am weitesten von dem dielektrischen Substrat 305 entfernt) designed wurden, die einen Anteil der Intra-Drahtstruktur 315 des zusammengesetzten Drahtes 310 als Metallschicht aufweist, jedoch könnte auch eine dielektrische Schicht als äußerste Schicht verwendet werden.
Zusätzlich ist es möglich, Einrichtungen zu designen, bei denen die Furchen 312 mit einer optisch klaren Flüssigkeit, einem Klebstoff oder einem Gel statt mit Luft gefüllt sind. Dies in der 5e gezeigt, bei der ein optisches Material mit einem Brechungsindex n_i eine dielektrische Füllung 360 ist, die in den Furchen 312 gebildet ist. Gemäß der Erfindung ist die dielektrische Füllung 360 das gleiche dielektrische Material, das zur Bildung der dielektrischen Schichten 340, 342, 344 verwendet ist, welche Teile der zusammengesetzten Drähte 310 bilden. Der resultierende Drahtgitter-Polarisator 300 ist dann eingebettet, mit dem Vorteil, dass die zusammengesetzten Drähte 310 durch die dielektrische Füllung 360 geschützt sind (beispielsweise gegenüber Oxidation).
Ein vollständig eingebetteter Drahtgitter-Polarisator ist in 5f gezeigt, wobei die zusammengesetzten Drähte 310 nicht nur auf dem dielektrischen Substrat 305 gebildet sind, sondern außerdem noch mit einem zweiten dielektrischen Substrat 355 überlagert und in Kontakt (oder nahezu in Kontakt) damit sind, um eine integrierte Einrichtung mit einer internen Polarisationsschicht zu bilden. In diesem Fall ist die integrierte Einrichtung ein Plattenpolarisator. Die zwei dielektrischen Substrate können identische oder verschiedene optische Eigenschaften haben. Die dielektrische Füllung 360 besteht aus denselben dielektrischen Materialien die auch die dielektrischen Schichten 340, 342 und 344 bilden, während einzelne optische Materialien, wie z. B. ein Epoxyd, zur Befestigung des zweiten dielektrischen Substrats 355 an der Struktur der zusammengesetzten Drähte 310 verwendet wurde. Um interne Reflektionsprobleme zu vermeiden, ist das zwischenliegende optische Material, welches für die dielektrische Füllung 360 in den Drahtgitter-Polarisatoren der 5e und 5f verwendet wird, entweder indexangepasst an die dielektrischen Substrate (n_i = n_d) oder weist einen etwas geringeren Brechungsindex auf (n_i < n_d). Dieses zwischenliegende optische Material kann auch die zusammengesetzten Drähte 310 mit einer dünnen Schicht überziehen, statt der Möglichkeit, dass die Drähte unmittelbaren Kontakt mit dem zweiten Substrat haben. Unglücklicherweise verringert ein Füllen der Furchen mit einem dielektrischen Material eines Index n_i, der von dem der Luft abweicht, die Designleistungsfähigkeit der Drahtgittereinrichtungen hin zu geringerem Kontrast und einem Verschieben der unteren Wellenlängenbandkante nach oben. Diese Veränderungen können durch abweichende Designs der zusammengesetzten Drähte 310 kompensiert werden, die sowohl den Drahtpitch (p) als auch die Intra-Drahtsubstruktur 315 verändern.
Insbesondere könnten die dielektrischen Substrate der eingebetteten Drahtgitter-Polarisatoren aus 5e rechtwinklige Prismen sein, wobei die Polarisationsschicht auf der Hypotenuse hergestellt ist. Die Prismen können dann zur Bildung eines integrierten Polarisationsprismas zusammengesetzt werden. In diesem Fall liegt die Polarisationsschicht entlang einer inneren Diagonalen und stellt dadurch ein Äquivalent zu einem MacNeille Prisma dar, jedoch höchstwahrscheinlich mit einer verbesserten Leistungsfähigkeit.
Als anderer Punkt sollte beachtet werden, dass die beispielhaften Einrichtung nur eine Einrichtungsstruktur mit einer aperiodischen Struktur darstellen. Während diese Einrichtung (das sechste Beispiel) verhältnismäßig einfach ist, können wesentlich kompliziertere Einrichtungen möglich sein, abhängig sowohl von der Möglichkeit der Optimierung des Designs und zur Herstellung der Einrichtung. Die Dicken von sowohl den Metallschichten und den dielektrischen Schichten welche die geschichteten Intra-Drahtsubstrukturen 315 bilden, können in der Struktur variiert werden. Beispielsweise können quasi periodische Intra-Drahtstrukturen, wie z. B. gechirpte Strukturen designed werden. Als anderes Beispiel könnten die Intra-Drahtstruktur 315 so designed sein, dass sich periodisch alternierend die Metall- und dielektrischen Schichten abwechseln, bis auf die Abstimmung der Dicke der äußersten Schichten und/oder der innersten Schicht (am nächsten zu dem dielektrischen Substrat 305), um die Leistungsfähigkeit über die Schnittstellen zu den Bereichen außerhalb des Gitters zu verbessern. In gleicher Weise könnte das dielektrische Substrat 305 mit einer Zwischenschicht beschichtet sein, wobei die innerste Schicht der Intra-Drahtstruktur der zusammengesetzten Drähte 310 in direktem Kontakt mit der Zwischenschicht steht, statt mit dem dielektrischen Substrat 305. Natürlich hängt die Optimierung der Einrichtung nicht nur von den Details der Intra-Drahtstruktur 315 ab, sondern auch von dem Drahtpitch (p) und der Drahtbreite (w). Im Resultat ermöglichen die Konzepte des Designens eines Drahtgitter-Polarisators 300, der aus zusammengesetzten Drähten 310 mit geschichteten Intra-Drahtstrukturen 315 aufgebaut ist, dass die Drahtgittereinrichtung Leistungslevel erreicht, die ansonsten durch kleinere Pitch-Strukturen bereitgestellt werden.
Außerdem könnte der Drahtgitter-Polarisator 300 mit den zusammengesetzten Drähten 310 mit geschichteten Intra-Drahtstrukturen 315 designed und hergestellt sein, die über die Oberfläche der Einrichtung variieren. Auf diese Weise wäre es möglich, eine räumlich veränderliche Einrichtung zur Polarisationsstrahlteilung und Polarisationsanalyse herzustellen.
Der tatsächliche Prozess des Designens eines Drahtgitter-Polarisators 300 (oder Polarisations-Strahlteilers) mit geschichteter Intra-Drahtsubstruktur 315 mit einer Mehrzahl von Metallschichten und alternierenden dielektrischen Schichten, wie sie allgemein in 5a bis 5f dargestellt ist, beginnt mit einer Definition der Spezifikationen für die Einrichtung. Die Primärspezifikationen sind die spektrale Bandbreite, der Einfallswinkel des Lichts, die Winkelbreite des einfallenden Lichts (numerische Apertur), die Transmissionseffizienz („p” Pol, > ~80%) den transmittierten Kontrast (z. B. > 1000:1) die Reflektionseffizienz („s” Pol > ~80%) und dem Reflektionskonstrast (beispielsweise > 200:1). Die Standard Drahtgittereigenschaften, der Drahtpitch (p) und die Drahtbreite (w) werden bestimmt mit dem Minimalsatz durch die begrenzende Auflösung des Herstellungsprozesses. Eine minimal geschichtete Intra-Drahtstruktur 315 für die zusammengesetzten Drähte 310, einschließlich der Anzahl und Dicken der Metallschichten und der Anzahl und Dicken der dielektrischen Schichten ist ebenfalls definiert. Andere Parameter, wie Materialauswahl für die Metalle und Dielektrika, die Materialauswahl für irgendwelche Materialien in den Furchen 312 und die Periodizität oder Aperiodizität der Intra-Drahtstruktur 315 sind ebenfalls definiert. Einige Parameter, wie die der Drahtpitch (p), die Drahtbreite (w), die gesamte Drahtdicke und die Anzahl von Schichten können obere und untere Grenzbedingungen haben, innerhalb derer iterative Veränderungen zur Optimierung durchgeführt werden können. Der Designvorgang kann dann voranschreiten, wobei die Ergebnisse gegenüber der gewünschten Leistungsfähigkeit und den Herstellungsproblemen abgewogen werden.
Obwohl der Drahtgitter-Polarisator 300 aus zusammengesetzten Drähten 310 mit geschichteten Intra-Drahtstrukturen 315 gebildet ist und ein recht kompliziertes Design aufweisen kann, ist die Komplexität nicht unbedingt gleichbedeutend einer Schwierigkeit im Herstellungsverfahren.
Im Allgemeinen sind die Toleranzen für die Herstellung der einzelnen Schichten, seien sie metallisch oder dielektrisch, relativ lose. Übliche Schichtdickentoleranzen können als mehrere Nanometer erwartet werden, wobei einige Einrichtungen Schichttoleranzen über 10 nm aufweisen, während andere 1 nm Toleranzen oder weniger haben, abhängig vom Design.
Der Vorgang der Ausbildung der beschriebenen Drahtgitterstrukturen kann in verschiedenen Wegen erfolgen. In dem Fall von zusammengesetzten Drähten 310 mit Luftfüllung der Furchen 312 zwischen den Drähten, beginnt die Konstruktion mit einem dielektrischen Substrat 305. In dem nachfolgenden Beispiel wird eine erste Metallschicht unter Verwendung eines Metalls wie z. B. Aluminium abgeschieden. Die Abscheidemethode kann eine von verschiedenen Standardmethoden einschließlich thermischer Verdampfung oder Sputtern sein. Als nächstes wird das Metall unter Verwendung von einer Standard-Photolithographie bemustert und nachfolgend geätzt (möglicherweise durch eine Trockenmetallätzung wie z. B. CCl4, BCl3) zum Bilden einer ersten Schicht von Metalldrähten 330c. Dies ist in 12a gezeigt. Als nächstes wird eine dielektrische Schicht 350c abgeschieden. Die nahegelegten Dielektrika enthalten, sind jedoch nicht darauf begrenzt, SiO2 und MgF2. Abhängig von dem verwendeten Equipment und der zu erwartenden Anzahl von Schichten kann es erforderlich sein zu glätten, nachdem die dielektrische Schicht abgeschieden wurde. Eine weitere Metallschicht (330b) wird wie zuvor platziert und bemustert, nachgefolgt von einer dielektrischen Schicht (350b) und einer möglichen Glättung zur Bildung einer Metall/Dielektrika Stapelung. Dieser Prozess wird wiederholt, bis der Metall/Dielektrika Stapel die erwünschte Anzahl von Schichten erzielt hat, um die zusammengesetzten Drähte 310 zu bilden. Jeder Schicht kann mit anderen Dimensionen designed und gesteuert werden, als dies bei der vorhergehenden Schicht der Fall war. 12b zeigt den vollständigen Stapel von alternierenden Metalldrähten 330 und dielektrischen Schichten 350. Man beachte, dass die dielektrische Füllung 360 sich in den Furchen 312 während des Prozesses des Bemusterns der zusammengesetzten Drähte 310 angesammelt hat. Im Fall, in dem die abschließende Schicht Metall ist und nachdem die letzte Teilschicht bemustert wurde, wird eine dielektrische Ätzung verwendet, um die dielektrische Füllung 360 aus den Furchen 312 zwischen den zusammengesetzten Drähten zu entfernen (eine mögliche Trockenätzung von Oxiden und Nitriden kann CF4 und SF6 enthalten). In dem Fall, indem die abschließende Schicht ein Dielektrum ist, wird eine Maskierungsschicht auf die abschließende Schicht des Dielektrikums bemustert und das zwischendraht-dielektrische Füllmaterial 360 wird entfernt und dann wird die Maskierungsschicht entfernt. Die endgültige Einrichtung ist in 12c gezeigt. Wenn die erste Schicht, die auf dem dielektrischen Substrat 305 abgeschieden wird ein Dielektrikum ist, kann diese zunächst abgeschieden werden und dann die Metallbemusterung beginnen.
Die erfindungsgemäße Struktur mit den Zwischndrahtbereichen (Furchen 312), die mit einem Dielektrikum gefüllt sind, folgt einem noch einfacheren Herstellungsverfahren. Das Verfahren ist entsprechend dem vorstehend Beschriebenen, bis auf die Tatsache, dass das Dielektrikum nicht aus den Zwischendrahtbereichen entfernt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es keine Möglichkeit für eine Beschädigung der zusammengesetzten Drähte 310 von einem dielektrischen Ätzprozess zum Entfernen der dielektrischen Füllung 360 gibt.
Alternative Verfahren enthalten das wiederholte Ätzen des Dielektrikums oder Ionenstrahlfräsen. Außerdem können andere Abtrageverfahren verwendet werden. Wenn jemand eine Nassätzung in Betracht zieht, insbesondere, wenn ein Ätzen jeder Abscheidung einer Schicht folgt, sind Auswahlmöglichkeiten für Ätzchemikalien beispielsweise HF für eine SiO2 Ätzung, und PAN für eine Aluminiumätzung. Es ist klar, dass es viele Wege zur Herstellung dieser Einrichtung gibt. Die Auswahl des Verfahrens hängt von den verwendeten Materialien und der jeweiligen Stapelstruktur ab.
Wie vorstehend diskutiert, kann der Drahtgitter-Polarisator 300 der vorliegenden Erfindung, mit der geschichteten Intra-Drahtgitterstruktur mit einer Mehrzahl von Metallschichten, die sich mit dielektrischen Schichten abwechseln, eine verbesserte Leistungsfähigkeit sowohl als Polarisator mit Normaleinfall und als Off-Axis-Polarisations-Strahlteiler aufweisen. Das Design und die Verwendung dieser Struktur als Polarisations-Strahlteiler hat einen besonderen Reiz, aufgrund des Potentials den reflektierten Kontrast (Rs/Rp) signifikant zu verbessern. Dementsprechend zeigt 11a ein optisches Modulationssystem 400, welches einen Drahtgitter-Polarisations-Strahlteiler 410 und einen reflektiven räumlichen Lichtmodulator 445 aufweist, wobei der einfallende Lichtstrahl 130 sich in einen reflektierten Lichtstrahl 140 und einen transmittierten Lichtstrahl 150 aufteilt, wobei der Letztgenannte den Modulator beleuchtet. Der räumliche Lichtmodulator 445, der Teil einer Modulatoranordnung 440 ist, die eine Befestigung, Kühlung und eine elektronische Schnittstelle (alle nicht gezeigt) aufweist, ist üblicherweise ein LCD (Flüssigkristalldisplay), welches dem Polarisationszustand des einfallenden transmittierten Lichtstrahls 150 moduliert. Ein bildtragender Lichtstrahl 490 wird durch den Prozess der Modulation und Reflektion von dem LCD 445 erzeugt und eine nachfolgende Reflektion von dem Drahtgitter-Polarisator-Strahlteiler 410. Das Licht in dem reflektierten Lichtstrahl 140 kann auf eine Lichtfalle (nicht gezeigt) geleitet werden. Der effektive optische Pfad, der vom bildgehenden Licht zu nehmen ist, umfasst den einfallenden Lichtstrahl 130, einen transmittierten Lichtstrahl 150 und den bildtragenden Lichtstrahl 490.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Drahtgitter-Polarisations-Strahlteiler 410 eine Struktur von geschichteten Sub-Wellenlängendrähten 430 und Furchen 435 auf, wobei die zusammengesetzten Drähte eine Struktur von einer Mehrzahl von Metallschichten, abwechselnd mit dielektrischen Schichten haben, die auf einer zweiten Oberfläche 420 eines dielektrischen Substrats 425 gebildet sind. Wie in 11a gezeigt, ist der Drahtgitter-Polarisations-Strahlteiler 410 vorzugsweise mit den geschichteten Sub-Wellenlängendrähten 430 nächstliegend zu dem LCD 445 orientiert, während die erste Oberfläche 415 (welcher normalerweise AR-beschichtet ist) dem einfallenden Lichtstrahl 130 zugewandt ist. Indem die zweite Oberfläche 420, welche die geschichteten Sub-Wellenlängendrähte 430 trägt, nächstliegend zu dem LCD 445 angeordnet wird, wird das Potential für einen Kontrastverlust aufgrund von thermisch induzierten Belastungsdoppelbrechungen (von absorbiertem Licht) in dem Drahtgitter-Polarisations-Strahlteiler 410 vermindert.
Das optische Modulationssystem 400 aus 11a ist mit einem Vor-Polarisator 470, einem Polarisationsanalysator 475 und zwei Polarisations Kompensatoren 450 und 460 dargestellt. Sowohl die Vor-Polarisatoren 470 als auch der Polarisationsanalysator 475 können Drahtgitter-Polarisatoren sein, natürlich einschließlich der Drahtgitter-Polarisatoren mit geschichteten Sub-Wellenlängendrähten gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese verschiedenen Komponenten können, aber brauchen nicht enthalten zu sein, in Abhängigkeit von den Designzielen und Beschränkungen. Andere Komponenten, wie z. B. Projektionslinsen (nicht gezeigt) können mit dem System Wechselwirken.
Ein zweites beispielhaftes optisches Modulationssystem 400 ist in der 11b dargestellt, wobei der reflektierte Lichtstrahl 140 den reflektiven räumlichen Lichtmodulator (LCD) 445 beleuchtet. Der reflektive räumliche Lichtmodulator 445 dreht dann den Polarisationszustand des einfallenden Lichts gemäß der anliegenden Steuersignale, um dem Licht Bilddaten mitzugeben. Ein bildtragender Lichtstrahl 490 wird dann erzeugt, wenn das Licht durch den Drahtgitter-Polarisations-Strahlteiler 410 transmittiert wird. Der effektive optische Pfad, der von dem Bildlicht zu nehmen ist, umfasst den einfallenden Lichtstrahl 130, den reflektierten Lichtstrahl 140 und den bildtragenden Lichtstrahl 490. Da der Drahtgitter-Polarisations-Strahlteiler 410 aus 11b teilweise eine schräggestellte Ebene aufweist, würde ein Bild des LCD 445, welches durch eine Projektionslinse (nicht gezeigt) abgebildet ist, Aberrationen (Astigmatismen und Asymetriefehler) erleiden, die durch die Bildgebung in Transmission durch eine geneigte parallele Plattendielektrikum induziert sind. Diese Aberrationen können optisch durch verschiedene Mittel korrigiert werden. Alternativ kann der Drahtgitter-Polarisatinos-Strahlteiler 410 modifiziert sein, um einen eingebetteten Drahtgitter-Polarisations-Strahlteiler zu umfassen, bei dem die Polarisationsschnittstelle in einem Würfelprisma enthalten ist. Ein derartiges Prisma wurde bereits beschrieben.
Ein drittes beispielhaftes optisches Modulationssystem 400 ist in der 11c dargestellt. In diesem System sind zwei Modulatoren LCDS 446a und 446b jeweils durch den reflektierten Lichtstrahl 140 und den transmittierten Lichtstrahl 150 beleuchtet. Der bildtragende Lichtstrahl 490 wird in Kombination und unter Verwendung von modulierten (auch polarisationsgedrehtem) Licht von dem LCD 446a erzeugt, welches durch den Drahtgitter-Polarisations-Strahlteiler 410 transmittiert wird und moduliertes (polarisationsgedrehtes) Licht von dem LCD 446b, welches von dem Drahtgitter-Polarisations-Strahlteiler 410 reflektiert wird. Der resultierende bildtragende Lichtstrahl, welcher Licht beider Polarisationsrichtungen („p” und „s") aufweist, wird durch die Pojektionslinsen 495 auf eine Zielebene (wie z. B. einen Bildschirm) projiziert, was nicht dargestellt ist. Indem das optische Modulationssystem 400 der 11c mit zwei LCDs 445 (eines pro Polarisation) ausgerüstet ist, kann die Lichteffizienz des gesamten optischen Systems verbessert werden. Beispielsweise könnte ein Vollfarbsystem entwickelt werden, wobei Licht in die drei Farbkanäle (rot, grün, blau) geteilt wird und jeder der Farbkanäle ein optisches Modulationssystem 400 aus 11c aufweist, was im Endeffekt zu einem 6-LCD-System führt. Diese Option könnte in Erwägung gezogen werden, da der Drahtgitter-Strahlteiler 410 der vorliegenden Erfindung mit seiner geschichteten Drahtstruktur mit einer Mehrzahl von Metalldrähten in Abwechslung mit dielektrischen Schichte sowohl ohne Kontrast in der Transmission als auch der Reflektion gleichzeitig bereitstellen kann. Wie bereits vorher kann ein alternativer Drahtgitter-Polarisationsstrahlteiler 410 mit einer eingebetteten Konstruktion unter Bildung eines Würfelprismas verwendet werden, um Aberrationen einer geneigten Ebene zu vermeiden und um identische optische Weglänge für die zwei abgebildeten Lichtstrahlen bereitzustellen.
Andere beispielhafte optische Modulationssysteme können unter Verwendung des Drahtgitter-Polarisators 300 der vorliegenden Erfindung konstruiert werden, wobei die zusammengesetzten Drähte als geschichtete Intra-Gitterstrukturen mit einer Mehrzahl von Metallschichten in abwechselnd mit dielektrischen Schichten gebildet sind. Zum Beispiel kann ein alternatives und optisches Modulationssystem unter Verwendung eines transmittierenden, polarisationsdrehenden und räumlichen Lichtmodulators konstruiert werden, wobei der Modulator in einem optischen Weg zwischen zwei Polarisatoren (dem Vor-Polarisator und dem Analysator) angeordnet ist, wobei wenigstens einer von diesen ein Drahtgitter-Polarisator gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Diese Drahtgitter-Polarisatoren können in Kombination mit Arten von polarisationsverändernden räumlichen Lichtmodulatoren verwendet werden, die anderer Art sind als Flüssigkristalldisplays (LCDs). Zum Beispiel können sie in Verbindung mit PLZT-Modulatoren verwendet werden. Es sollte klar sein, dass jedes der beschriebenen optischen Modulationssysteme 400 als Untereinheit eines größeren Systems verwendet werden kann, wie z. B. einem Bilddrucker oder einem Projektionsdisplay.
Schließlich sollte klar sein, dass während dieses Konzept für einen verbesserten Drahtgitter-Polarisator 300, der aus zusammengesetzten Drähten 310 mit geschichteter Intra-Drahtstruktur 315 aufweist, unter besonderem Bezug zum Betrieb im sichtbaren Spektrum beschrieben wurde und mit Anwendung für die elektronische Projektion, das Konzept jedoch vollständig auf andere Anwendungen und andere Wellenlängen erweiterbar ist. Obwohl viele der Beispiele auf die Verbesserung des reflektierten Kontrastes über das gesamte sichtbare Spektrum oder über das blaue Spektrum abzielen, ist es natürlich möglich, den reflektierten Kontrast für die anderen Farbbänder individuell zu verbessern (z. B. für grün und rot). Tatsächlich können die Leistungsverbesserungen in den grünen und roten Spektren noch dramatischer sein als in dem blauen Spektrum. Alternativ können solche Einrichtungen designed und hergestellt werden, die in nahen infraroten Wellenlängen ( ~1,0–1,5 μm) für die Verwendung in optischen Telekommunikationssystemen oder in dem fernen Infrarot (wie z. B. 20 μm) oder in dem elektromagnetischen Spektrum im Allgemeinen verwendbar sind. Dieses Konzept hat außerdem das Potential um schmale Wellenlängen und Polarisationseinrichtungen herzustellen, wobei der „p" transmittierte Kontrast > 10⁸:1 ist und wobei der „s" reflektierte Kontrast > 10⁴:1 ist. In ähnlicher Weise könnte ein schmaler Wellenlängen Notch-Polarisatons-Strahlteiler designed werden, beispielsweise sowohl im sichtbaren oder im infraroten Spektrum, wobei die „p" und „s" Polarisationsunterschiede gleichzeitig zur Bereitstellung eines Polarisations-Strahlteilers mit überragendem Gesamtkontrast optimiert sind. Außerdem legt die dritte Beispieleinrichtung einen Polarisationsfilter mit einer Struktur nahe, die große Wellenlängebänder mit großem Polarisationskontrast bereitstellen kann, die ein zwischenliegendes Wellenlängenband umgeben, welches minimal Polarisationskontrast bereitstellt (siehe 8a). Eine solche Einrichtung könnte beispielsweise für eine Produktherstellungslinie zur Qualitäts- und Fehleruntersuchung nützlich sein, wenn eine geeignet strukturierte Beleuchtung hinzugezogen wird.

Claims

Ein eingebetteter Drahtgitter-Polarisator (300) zum Polarisieren eines einfallenden Lichtstrahls, aufweisend: ein Substrat (305) mit einer Oberfläche; ein Array von parallelen, langgestreckten, zusammengesetzten Drähten (310) mit dazwischen liegenden Furchen (312), die auf der Oberfläche angeordnet sind, wobei die zusammengesetzten Drähte voneinander in einer Gitterperiode von weniger als 130 Nanometern beabstandet sind; wobei jede der Furchen mit einem dielektrischen optischen Material gefüllt ist; wobei jeder der zusammengesetzten Drähte eine Struktur aus n-Schichten aufweist, wobei jede (2n)-te Schicht ein Metall (320, 322, 324) und jede (2n-1)-te Schicht eine dielektrische Schicht (340, 342, 344) ist; wobei das Array wenigstens zwei der langgestreckten Metalldrähte aufweist; und wobei das die Furchen füllende dielektrische optische Material das gleiche Material ist, welches zur Bildung der dielektrischen Schichten verwendet ist.
Ein eingebetteter Drahtgitter-Polarisator gemäß Anspruch 1, wobei der Drahtgitter-Polarisator in einem Winkel relativ zu dem einfallenden Lichtstrahl derart orientiert ist, dass der Drahtgitter-Polarisator als Polarisations-Strahlteiler wirkt und einen transmittierten polarisierten Strahl und einen reflektierten polarisierten Strahl von dem Winkel des einfallenden Lichtstrahls abtrennt.
Ein eingebetteter Drahtgitter-Polarisator gemäß Anspruch 1, wobei die Struktur eine Metallschichtdicke und eine Dicke der dielektrischen Schicht aufweist, welche resonanzverstärktes Tunneln durch die zusammengesetzten Drähte unterstützt, wodurch die Transmission von Licht eines polarisierten Zustands orthogonal zu den langgestreckten zusammengesetzten Drähten verstärkt wird.
Ein eingebetteter Drahtgitter-Polarisator gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrschichtstruktur wenigstens eine der dielektrischen Schichten aufweist.
Ein eingebetteter Drahtgitter-Polarisator gemäß Anspruch 1, wobei das einfallende Licht innerhalb des Bereichs von etwa 0,4–1,6 Mikrometern im elektromagnetischen Spektrum liegt.
Ein eingebetteter Drahtgitter-Polarisator gemäß Anspruch 1, wobei der Brechungsindex des dielektrischen optischen Materials, welches die Furchen füllt, gleich oder kleiner als der Brechungsindex des Substrats ist.
Ein eingebetteter Drahtgitter-Polarisator gemäß Anspruch 1, wobei der Brechungsindex des dielektrischen optischen Materials, welches die Furchen füllt, gleich oder kleiner als der Brechungsindex jeder dielektrischen Schicht ist.
Ein eingebetteter Drahtgitter-Polarisator gemäß Anspruch 1, ferner mit einem zweiten Substrat, wobei die zusammengesetzten Drähte zwischen den Substraten angeordnet sind.
Ein eingebetteter Drahtgitter-Polarisator gemäß Anspruch 1, wobei das dielektrische optische Material Magnesiumfluorid (MgF₂), Siliziumdioxid (SiO₂) oder Titandioxid (TiO₂) ist.
Ein eingebetteter Drahtgitter-Polarisator gemäß Anspruch 1, wobei das dielektrische Material und die dielektrischen Schichten gleichzeitig gebildet sind.