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In diesem Gerät entstehen die Sägezahn-Strukturen. Ein Diamant ritzt dabei in die mit Gold beschichteten Silizium-Substrate kleinste Rillen. Foto: HZB |
Hochbegabungspresse
Dem Technologiezentrum für
hochpräzise optische Gitter am Helmholtz-Zentrum Berlin ist ein Durchbruch bei
der Herstellung von Sägezahngittern gelungen. Sie kommen in Photonenquellen zum
Einsatz, um das Licht zu beugen und die für die Experimente benötigte
Wellenlänge herauszufiltern.Nach zweieinhalbjähriger Arbeit haben die Entwickler
nun erstmalig Sägezahngitter in höchster Präzision hergestellt, die den
Ansprüchen an das wissenschaftliche Experimentieren genügen. Diese
Sägezahngitter (auch geblaztes Gitter genannt) wurde kürzlich erfolgreich am
Elektronenspeicherring BESSY II getestet. Sie verhielten sich dabei so, wie
Forscher theoretisch vorausgesagt hatten. Das Technologiezentrum am HZB ist
weltweit der einzige Hersteller von hocheffizienten Präzisionsgittern für den
Einsatz an Photonenquellen. Gefördert wird das Projekt von der Europäischen
Union durch den EFRE-Fond.
Ein Sägezahngitter besteht aus
einem Silizium-Substrat, auf das eine sehr dünne Schicht Gold aufgedampft wird.
Damit es das Licht am Gitter gebeugt werden kann, werden kleine Rillen mit
einem Diamanten eingeritzt. Es entsteht dadurch eine Struktur, die – unter dem
Mikroskop betrachtet – lauter kleinen Sägezähnen ähnelt. In einem solchen
Gitter werden 600 solcher Zähne je Millimeter eingeritzt. Bei diesem Prozess
dürfen die Temperaturen maximal um 0.02 Grad Kelvin schwanken. Damit die Gitter
möglichst viel Licht der entsprechenden Wellenlänge durchlassen, müssen die
Sägezähne besonders flach sein. Das wird erreicht, indem die Goldschicht der
fertig geritzten Gitter in einer lonenätzanlage behandelt werden. Dadurch wird
die Neigung der Sägezähne flacher. Den Entwicklern vom HZB ist es jetzt
gelungen, den Winkel auf nur 2 Grad zu verkleinern.
„Für die Herstellung dieser
Sägezahngitter mussten wir uns sehr viele technologische Prozesse aneignen und
sicher beherrschen lernen", sagt Dr. Friedmar Senf, der mit in dem
EFRE-Projekt am HZB arbeitet. Da es weltweit keine anderen Arbeitsgruppen auf
diesem Gebiet gibt, konnten sie nicht auf vorhandene Erfahrungen zurückgreifen.
Der frühere Hersteller, die Firma ZEISS, hatte die Fertigung der hochpräzisen
Gitter 2008 aufgegeben. Seitdem wurden weltweit keine neuen Gitter für
Photonenquellen mehr produziert. Mit dem jüngsten Erfolg hoffen die Forscher,
diese Lücke bald schließen zu können. „Die Nachfrage nach Gittern ist sehr groß
– und unsere Liste mit Bestellungen lang", so der Physiker Friedmar Senf.
Das Team des Technologiezentrums
konnte erst Anfang 2013 mit der eigentlichen Entwicklungsarbeit beginnen. In
den beiden Jahren zuvor wurden die Laboranlagen am HZB aufgebaut und die von
ZEISS übernommen Geräte und Maschinen generalüberholt. „Bis unsere
Gitterteilmaschine tatsächlich für diese extrem präzisen Arbeiten wieder fit
war, ist viel Zeit vergangen. Unter anderem ist die Elektronik komplett
erneuert wurden. Umso mehr freuen wir uns, dass es uns gelungen ist, in relativ
kurzer Zeit funktionierende Gitter herzustellen", so Senf. Unterstützt und
begleitet wird die Gitteraktivität durch die Firma DIOS aus Bad Münstereifel.
Das Team entwickelt auch weitere
innovative Gitter, unter anderem so genannte Toroidgitter auf gekrümmten
Substratoberflächen, Variable- Liniendichte-Gitter und reflektierenden Zonenplatten,
die an Freien Elektronen Lasern zum Einsatz kommen sollen.
Das Technologiezentrum für
hochpräzise optische Gitter wird von Bernd Loechel, Friedmar Senf und Alexei
Erko geleitet. Es ist am Institut für Nanometeroptik und Technologie
angesiedelt. Dieses bringt jahrelange Erfahrung bei der Gestaltung, Herstellung
und Metrologie von hochwertigen Optiken mit. Für die Attraktivität des
Elektronenspeicherringes BESSY II ist es wichtig, führend bei der Entwicklung
von Röntgenoptiken zu sein.
Bildunterschriften:
Bild 1 (Sägezahngitter.jpg)
Am HZB produziertes Sägezahngitter.
Foto: HZB
Bild 2 (Gittermaschine.jpg)
In diesem Gerät entstehen die
Sägezahn-Strukturen. Ein Diamant ritzt dabei in die mit Gold beschichteten
Silizium-Substrate kleinste Rillen.
Foto: HZB
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Ansprechpartner:
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Prof. Dr. Alexei Erko
Institut Nanometeroptik und
Technologie
Tel.: +49 (0)30-8062-12945
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Dr. Bernd Löchel
Institut Nanometeroptik und
Technologie
Tel.: +49 (0)30-8062-12953
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Dr. Friedmar Senf
Institut Nanometeroptik und
Technologie
Tel.: +49 (0)30-8062-14940
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Pressestelle HZB
Dr. Ina Helms
Tel.: +49 (0)30-8062-42034