Optikai rács kialakítása holográfiával

1. Optikai rács kialakítása holográfiával Készítette: Csibi Levente, Szolnok, Varga Katalin Gimnázium Mentora: dr. Hámori András

2. Bevezető A holografikus úton előállított optikai rács fényérzékeny anyaggal (jelen esetben fotoreziszttel) bevont üveglapon készül. Ebbe holografikus úton (lézer segítségével) apró, milliméterenként több ezer vonalpárat tartalmazó interferencia mezőt exponálunk. Az így előállított optikai rács képes a látható fényt színeire felbontani. • 14 db számozott üveglap állt rendelkezésre, amelyekből optikai rácsokat készítettem. A munka főbb állomásai: • Az üveglapok tisztítása és dehidratálása (szárítása) • Fotoreziszt felvitele és szárítása • Exponálás • Hívás

3. 1. Tisztítás, dehidratálás Ahhoz, hogy megfelelő optikai rács készülhessen, fontos, hogy ne legyen szennyezőanyag az üvegfelszínen. Ezért az üveglapok több mosáson is átestek: detergenses (zsírtalanító), vizes és tömény salétromsavas mosásokon. A szárítás nitrogéngázzal és kályhával (30 percig 130 °C-on) történt.

4. 2. Fotoreziszt felvitele A fotorezisztet lakkterítő centrifuga segítségével vittem fel az üvegfelületre. A centrifuga percenként 4000-es fordulatszámmal 30 másodpercig forgatta az üveglapokat, s így kb. 500 nanométer vastagságban egyenletesen oszlott el a fotoreziszt az üvegeken. A szárítás kályhában, 30 percen át, 95 °C-os hőmérsékleten történt. 1. ábra. A lakkterítő centrifuga.

5. 3. Exponálás 2. ábra. Az exponálás vázlatos rajza. A hélium-kadmium, 442 nm-es hullámhosszú lézer adja az interferencia-mezőt, mely exponálja a fotorezisztet. A piros lézerfényre azért van szükség, mert az nem befolyásolja az exponálást (a reziszt a kék és ibolya színekre érzékeny), de elhajlik a rejtett képen, mely diffrakciós hatásfokának változását a fénydetektor méri. Szükség van a sárga üveglapra is, mivel az elnyeli a kék fényt, de a pirosat átereszti. A két üveglap között, hogy ne legyen törésmutató-változás, törésmutató-illesztő anyagot (tetraklór-etilént) fecskendeztem, így nem reflektált kék fény a hátoldalról.

6. 3. Exponálás (folyt.) A fénydetektor által mért feszültségértékeket az idő függvényében diagram ábrázolja minden egyes minta esetén. Jó exponálás esetén a mért feszültségérték folyamatosan növekszik (bal diagram), de előfordultak olyan esetek is, amikor a törésmutató-illesztő folyadék párolgása vagy valami külső hatás következtében a feszültségérték nem a várt módon változott.

7. 4. Hívás Az exponált fotorezisztet elő is kell hívni, melyet egy lúggal, tetrametilammónium-hidroxiddal végeztem. Ez az anyag a fotoreziszt azon részeit, melyek az exponálás során több fényt kaptak, jobban oldja, míg ahol a rezisztet kevesebb fény érte, kevésbé oldja. Így egy szinusz profilú felszín jön létre, s ezzel elkészült az optikai rács. Az elkészült optikai rácsokról fényképeket készítettem, illetve lemértem azok diffrakciós hatásfokait is. Ezen adatok és az exponáláskor készített diagramok között párhuzamot fedezhetünk fel. 1. táblázat. A z elkészült optikai rácsok diffrakciós hatásfokai voltban mérve. 4. ábra. Egy erősebb és egy gyengébb diffrakciós hatásfokú rács exponáláskor készített diagramja.

8. Kiértékelés 2. táblázat. Az exponálás alatt készült diagramok és a hívás után készült fényképek és mért hatásfokok.

9. Köszönetnyilvánítás Köszönetet szeretnék nyilvánítani mentoromnak, dr. Hámori Andrásnak, aki nagyon készségesen segített mindenben a munkám során, valamint szüleimnek és fizikatanáromnak, akik támogattak, biztattak arra, hogy jelentkezzek erre a programra. Köszönöm a figyelmet!