Nanostrukturierte Entspiegelung optischer Oberflächen (nano.AR)

• Mitarbeiter: M.Eng. Matthias Kraus (Doktorand)
• Forschungspartner: Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme; Dr. Jan-Henning Dirks, Wenwen Chen, Prof. Joachim Spatz
• Laufzeit und Fördermittel: 2012-2016, gefördert mit Mitteln des BMBF

An jeder optischen Oberfläche wird ein Teil des einfallenden Lichtes reflektiert. In komplexen optischen Systemen führt dies ohne Gegenmaßnahmen zu hohen Verlusten und störendem Streulicht, wodurch die Abbildungseigenschaften verschlechtert werden. Um dieses Problem zu umgehen, werden gewöhnlich Schichten auf die optischen Oberflächen aufgebracht. Durch die Ausnutzung von destruktiver Interferenz gelingt es hierbei, den reflektierten Anteil zu reduzieren. Allerdings weisen diese Schichten einige signifikante Nachteile auf. So ist der nutzbare Wellenlängen- und Einfallswinkelbereich relativ gering. Um größere Bereiche abzudecken, sind äußerst aufwändige Vielschichtsysteme notwendig, wodurch die Beschichtungen teuer und empfindlich werden. Besonders die Temperaturstabilität und die Transmission hoher (Laser-) Leistungen sind hierbei problematisch. Eine alternative Möglichkeit zur Entspiegelung optischer Oberflächen, welche die Nachteile der Schichten umgeht, bieten sogenannte Mottenaugenstrukturen“. Nach dem Vorbild nachtaktiver Insekten („Motten“), weisen diese Oberflächen kegelähnliche Strukturen auf, deren lateraler Abstand kleiner ist als die halbe Wellenlänge des einfallenden Lichtes. Abb. 1 zeigt die breitbandige entspiegelnde Wirkung dieser Mottenaugenstrukturen im Vergleich zu klassischen Schichten und zu unbehandelten Oberflächen. Die Herstellung dieser Nanostrukturen ist aufgrund der Herausforderungen bzgl. des sehr geringen Abstands, besonders auf gekrümmten Oberflächen, sehr schwierig und aufwändig.

Im Rahmen des Projektes nano.AR wird eine neuartige Methode zur Herstellung von nanostrukturierten Oberflächen entwickelt und auf ihre kommerzielle Verwertbarkeit überprüft. Sie beruht auf selbstassemblierenden Polymeren, die eine hexagonal geordnete Ätzmaske mit variabler Periode erzeugen können. In einem zweiten Schritt können die Nanostrukturen mit einem Ätzverfahren wie dem reaktiven Ionenätzen (RIE) hergestellt werden [Abb. 2].

Neben der direkten Strukturierung von Suprasil (Quarz) gelang die Herstellung von Mottenaugenstrukturen in aufgedampftem SiO₂ auf verschiedenen anorganischen Substraten wie beispielsweise N-SF10. Im weiteren Projektverlauf gilt es, die Reproduzierbarkeit der etablierten Prozesse nachzuweisen.