DE102016217846A1

DE102016217846A1 - Fabry-Pérot interferometer unit, method of operating a Fabry-Pérot interferometer unit and method of manufacturing a Fabry-Pérot interferometer unit

Info

Publication number: DE102016217846A1
Application number: DE102016217846.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Husnik; Benedikt STEIN; Christoph Schelling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2016-09-19
Publication date: 2018-03-22
Also published as: WO2018050346A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit (100) mit einem ersten Spiegelelement (102), einem zweiten Spiegelelement (104) und zumindest einem plasmonischen Filterelement (112). Das erste Spiegelelement (102) und das zweite Spiegelelement (104) sind einander gegenüberliegend angeordnet oder anordenbar, um einen optischen Resonator (106) mit zumindest einem ersten Lichtpfad (108) und einem zweiten Lichtpfad (110) zu bilden, wobei der erste Lichtpfad (108) einem ersten Messkanal der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit (100) zugeordnet ist und der zweite Lichtpfad (110) einem zweiten Messkanal der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit (100) zugeordnet ist. Das plasmonische Filterelement (112) ist in dem ersten Lichtpfad (108) und außerhalb des zweiten Lichtpfads (110) angeordnet oder anordenbar, um einen entlang des ersten Lichtpfads (108) geführten Lichtstrahl zu filtern.The invention relates to a Fabry-Perot interferometer unit (100) having a first mirror element (102), a second mirror element (104) and at least one plasmonic filter element (112). The first mirror element (102) and the second mirror element (104) are arranged opposite each other or can be arranged to form an optical resonator (106) having at least a first light path (108) and a second light path (110), wherein the first light path ( 108) is associated with a first measurement channel of the Fabry-Pérot interferometer unit (100) and the second light path (110) is associated with a second measurement channel of the Fabry-Pérot interferometer unit (100). The plasmonic filter element (112) is disposed or disposable in the first light path (108) and outside the second light path (110) to filter a light beam guided along the first light path (108).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims. The subject of the present invention is also a computer program.

Herkömmliche mikromechanische Fabry-Pérot-Interferometer sind in ihrem Funktionsbereich durch das Auftreten niedriger oder höherer Ordnungen in ihrem Betriebsbereich prinzipbedingt begrenzt.Conventional micromechanical Fabry-Pérot interferometers are inherently limited in their operating range due to the occurrence of lower or higher orders in their operating range.

Für einen Betrieb als Spektrometer sollten dementsprechend unerwünschte Moden außerhalb eines Zielwellenlängenbereichs herausgefiltert werden. Eine eindeutig zuordenbare Spektralinformation kann etwa durch die Integration eines Langpass-Kantenfilters oder Bandpassfilters in den Strahlengang gewonnen werden.Accordingly, for operation as a spectrometer, unwanted modes outside a target wavelength range should be filtered out. A clearly assignable spectral information can be obtained for example by the integration of a long-pass edge filter or bandpass filter in the beam path.

Für analytische Fragestellungen ist ein Betrieb über einen möglichst großen Wellenlängenbereich wünschenswert. Durch Einsatz geeigneter weiterer Filter können dazu selektiv einzelne Ordnungen herausgefiltert werden. Üblicherweise werden für solche Filtervorgänge beispielsweise klassische optische Filter als separate optische Elemente verwendet.For analytical questions, operation over the widest possible wavelength range is desirable. By using suitable additional filters, individual orders can be selectively filtered out. Typically, for example, classical optical filters are used as separate optical elements for such filtering operations.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit, ein Verfahren zum Betreiben einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit, ein Verfahren zum Herstellen einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit, weiterhin eine Vorrichtung, die zumindest eines dieser Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a Fabry-Pérot interferometer unit, a method for operating a Fabry-Pérot interferometer unit, a method for producing a Fabry-Pérot interferometer unit, furthermore a device which at least one of these methods used, and finally presented a corresponding computer program according to the main claims. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.

Es wird eine Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit mit den folgenden Merkmalen vorgestellt:
einem ersten Spiegelelement und einem zweiten Spiegelelement, wobei das erste Spiegelelement und das zweite Spiegelelement einander gegenüberliegend angeordnet oder anordenbar sind, um einen optischen Resonator mit zumindest einem ersten Lichtpfad und einem zweiten Lichtpfad zu bilden, wobei der erste Lichtpfad einem ersten Messkanal der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit zugeordnet ist und der zweite Lichtpfad einem zweiten Messkanal der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit zugeordnet ist; und
zumindest einem plasmonischen Filterelement, das in dem ersten Lichtpfad und außerhalb des zweiten Lichtpfads angeordnet oder anordenbar ist, um einen entlang des ersten Lichtpfads geführten Lichtstrahl zu filtern.A Fabry-Pérot interferometer unit is presented with the following features:
a first mirror element and a second mirror element, wherein the first mirror element and the second mirror element are arranged opposite each other or can be arranged to form an optical resonator having at least a first light path and a second light path, wherein the first light path a first measurement channel of the Fabry-Pérot Associated with the interferometer unit and the second light path is associated with a second measuring channel of the Fabry-Perot interferometer unit; and
at least one plasmonic filter element disposed or disposable in the first light path and outside the second light path to filter a light beam guided along the first light path.

Unter einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit kann eine Einheit zum Filtern von Licht mittels eines optischen Resonators verstanden werden. Bei dem ersten Spiegelelement und dem zweiten Spiegelelement kann es sich je um ein halbdurchlässiges Spiegelelement, etwa ein Bragg-Spiegelelement, handeln. Das erste Spiegelelement und das zweite Spiegelelement können beabstandet zueinander angeordnet sein, um den optischen Resonator zu bilden. Unter einem plasmonischen Filterelement kann eine als optischer Filter fungierende Nanostruktur verstanden werden. Das plasmonische Filterelement kann beispielsweise als Positiv- oder Negativstruktur, insbesondere in Form eines metallischen (Loch-)Gitters, realisiert sein. Prinzipiell ist auch eine Realisierung einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit mit mehr als zwei Lichtpfaden, beispielsweise drei, vier, fünf oder beliebig vielen Lichtpfaden möglich; die hier genannten zwei Lichtpfade werden speziell zur Darstellung des allgemeinen Wirkprinzips beschrieben, welches für die Verwendung mit mehreren Lichtpfaden entsprechend angepasst werden müsste. A Fabry-Perot interferometer unit may be understood to mean a unit for filtering light by means of an optical resonator. The first mirror element and the second mirror element can each be a semipermeable mirror element, such as a Bragg mirror element. The first mirror element and the second mirror element may be spaced apart from each other to form the optical resonator. A plasmonic filter element can be understood as a nanostructure acting as an optical filter. The plasmonic filter element can be realized, for example, as a positive or negative structure, in particular in the form of a metallic (hole) grid. In principle, a realization of a Fabry-Perot interferometer unit with more than two light paths, for example three, four, five or any number of light paths is possible; The two light paths mentioned here are specifically described to illustrate the general mode of action, which would need to be adjusted accordingly for use with multiple light paths.

Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch Platzierung eines plasmonischem Zusatzfilters in einen von zwei Lichtpfaden eines mikromechanischen Fabry-Pérot-Interferometers ein spektraler Messbereich des Fabry-Pérot-Interferometers mit geringem Kostenaufwand erweitert werden kann. Vorteilhafterweise können durch die Verwendung des plasmonischen Zusatzfilters weitere Filter zum Herausfiltern unerwünschter Ordnungen entfallen.The approach presented here is based on the finding that by placing a plasmonic additional filter in one of two light paths of a micromechanical Fabry-Pérot interferometer, a spectral measuring range of the Fabry-Pérot interferometer can be expanded at low cost. Advantageously, by using the additional plasmonic filter, additional filters for filtering out unwanted orders can be dispensed with.

Gemäß einer Ausführungsform kann das plasmonische Filterelement an dem ersten Spiegelelement oder, zusätzlich oder alternativ, an dem zweiten Spiegelelement angeordnet sein. Dadurch kann die Herstellung der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit vereinfacht werden.According to one embodiment, the plasmonic filter element can be arranged on the first mirror element or, additionally or alternatively, on the second mirror element. This can simplify the fabrication of the Fabry-Pérot interferometer unit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit eine Trägerlage, eine das erste Spiegelelement aufweisende erste Lage und eine das zweite Spiegelelement aufweisende zweite Lage umfassen. Hierbei kann die Trägerlage mit der ersten Lage und der zweiten Lage derart zu einem Lagenverbund kombiniert sein, dass das erste Spiegelelement an der Trägerlage angeordnet ist und das zweite Spiegelelement beabstandet zu dem ersten Spiegelelement angeordnet ist. Dadurch kann die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit möglichst kompakt ausgeführt werden.According to a further embodiment, the Fabry-Perot interferometer unit may comprise a carrier layer, a first layer having the first mirror element and a second layer having the second mirror element. In this case, the carrier layer can be combined with the first layer and the second layer to form a layer composite in such a way that the first mirror element is arranged on the carrier layer and the second mirror element is spaced from the first mirror element is arranged. This allows the Fabry-Pérot interferometer unit to be made as compact as possible.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn das plasmonische Filterelement an der Trägerlage angeordnet ist. Dadurch kann die Herstellung der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit weiter vereinfacht werden.It is advantageous if the plasmonic filter element is arranged on the carrier layer. This can further simplify the fabrication of the Fabry-Perot interferometer unit.

Die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit kann zudem zumindest ein Elektrodenelement zum elektrischen Kontaktieren der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit aufweisen. Das Elektrodenelement kann an der ersten Lage oder, zusätzlich oder alternativ, an der zweiten Lage angeordnet sein. Unter einem Elektrodenelement kann beispielsweise ein Metallelement in Form eines Films verstanden werden. Dadurch wird eine einfache und robuste elektrische Kontaktierung der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit ermöglicht.The Fabry-Perot interferometer unit may also comprise at least one electrode element for electrically contacting the Fabry-Perot interferometer unit. The electrode element can be arranged on the first layer or, additionally or alternatively, on the second layer. By an electrode element can be understood, for example, a metal element in the form of a film. This allows a simple and robust electrical contacting of the Fabry-Perot interferometer unit.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Elektrodenelement als Teil des plasmonischen Filterelements realisiert ist. Dadurch kann die Anzahl der Bauelemente der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit reduziert werden. It is particularly advantageous if the electrode element is realized as part of the plasmonic filter element. This can reduce the number of components of the Fabry-Perot interferometer unit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit ein Kappenelement zum Abdecken des optischen Resonators aufweisen. Dadurch kann der optische Resonator vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Das plasmonische Filterelement kann an dem Kappenelement angeordnet sein. Ferner kann das Kappenelement als zusätzlicher optischer Filter fungieren. Dadurch kann die Funktionalität der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit erweitert werden.According to another embodiment, the Fabry-Pérot interferometer unit may comprise a cap member for covering the optical resonator. As a result, the optical resonator can be protected from environmental influences. The plasmonic filter element may be disposed on the cap member. Further, the cap member may function as an additional optical filter. This extends the functionality of the Fabry-Pérot interferometer unit.

Die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit kann gemäß einer weiteren Ausführungsform zumindest ein weiteres plasmonisches Filterelement umfassen. Das weitere plasmonische Filterelement und das plasmonische Filterelement können unterschiedliche Filtercharakteristiken aufweisen. Das weitere plasmonische Filterelement kann in dem ersten Lichtpfad oder, zusätzlich oder alternativ, in dem zweiten Lichtpfad angeordnet sein. Jedes weitere plasmonische Filterelement kann einen oder -durch partiellen Überlapp mit anderen Filterelementen- mehrere weitere Lichtpfade mit unterschiedlichem spektralem Transmissionsverhalten definieren. Mehrere verschiedene plasmonische Filterelemente können an verschiedenen Lagen/Elementen angebracht sein und sich so teilweise überlappen. Für jeden so definierten Lichtpfad ist vorteilhaft ein eigener, separat auslesbarer Messkanal auf Detektorseite realisiert. Dadurch kann ein spektraler Messbereich der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gezielt verändert werden.The Fabry-Perot interferometer unit may according to another embodiment comprise at least one further plasmonic filter element. The further plasmonic filter element and the plasmonic filter element may have different filter characteristics. The further plasmonic filter element may be arranged in the first light path or, additionally or alternatively, in the second light path. Each additional plasmonic filter element may define one or, by partial overlap with other filter elements, a plurality of further light paths having different spectral transmission behaviors. Several different plasmonic filter elements can be attached to different layers / elements and thus partially overlap. For each light path defined in this way, a separate, separately readable measuring channel on the detector side is advantageously realized. As a result, a spectral measuring range of the Fabry-Perot interferometer unit can be changed in a targeted manner.

Der hier beschriebene Ansatz schafft zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Einlesen eines ersten Detektorsignals über den ersten Messkanal und eines zweiten Detektorsignals über den zweiten Messkanal, wobei das erste Detektorsignal einen entlang des ersten Lichtpfads geführten Lichtstrahl repräsentiert und das zweite Detektorsignal einen entlang des zweiten Lichtpfads geführten Lichtstrahl repräsentiert; und
Erzeugen eines Messsignals unter Verwendung des ersten Detektorsignals und des zweiten Detektorsignals.The approach described here also provides a method of operating a Fabry-Pérot interferometer unit according to any one of the preceding embodiments, the method comprising the steps of:
Reading in a first detector signal via the first measurement channel and a second detector signal via the second measurement channel, wherein the first detector signal represents a light beam guided along the first light path and the second detector signal represents a light beam guided along the second light path; and
Generating a measurement signal using the first detector signal and the second detector signal.

Unter einem ersten Detektorsignal kann ein von einem im ersten Lichtpfad angeordneten Detektor erzeugtes Signal verstanden werden. Unter einem zweiten Detektorsignal kann ein von einem im zweiten Lichtpfad angeordneten Detektor erzeugtes Signal verstanden werden.A first detector signal can be understood as a signal generated by a detector arranged in the first light path. A second detector signal may be understood to be a signal generated by a detector arranged in the second light path.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Erzeugens das Messsignal durch Bilden einer Differenz aus dem ersten Detektorsignal und dem zweiten Detektorsignal erzeugt werden. Dadurch können Moden zweiter oder höherer Ordnung ausgeblendet werden.According to an embodiment, in the step of generating, the measurement signal may be generated by taking a difference between the first detector signal and the second detector signal. As a result, modes of second or higher order can be hidden.

Schließlich schafft der hier vorgestellte Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Anordnen eines ersten Spiegelelements gegenüber einem zweiten Spiegelelement, um einen optischen Resonator mit einem einem ersten Messkanal der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit zugeordneten ersten Lichtpfad und einem einem zweiten Messkanal der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit zugeordneten zweiten Lichtpfad zu bilden; und
Einbringen zumindest eines plasmonischen Filterelements in den ersten Lichtpfad, sodass das plasmonische Filterelement außerhalb des zweiten Lichtpfads angeordnet ist.Finally, the approach presented herein provides a method of fabricating a Fabry-Pérot interferometer unit, the method comprising the steps of:
Arranging a first mirror element with respect to a second mirror element in order to form an optical resonator with a first light path associated with a first measurement channel of the Fabry-Pérot interferometer unit and with a second light path associated with a second measurement channel of the Fabry-Pérot interferometer unit; and
Introducing at least one plasmonic filter element into the first light path, so that the plasmonic filter element is arranged outside the second light path.

Dadurch kann eine besonders kostengünstige Herstellung der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit erreicht werden.As a result, a particularly cost-effective production of the Fabry-Perot interferometer unit can be achieved.

Diese Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware, beispielsweise in einem Steuergerät, implementiert sein.These methods can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a device that is designed to perform the steps of a variant of a method presented here in appropriate facilities to drive or implement. Also by this embodiment of the invention in the form of a Device, the problem underlying the invention can be solved quickly and efficiently.

Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the device may comprise at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the sensor Actuator and / or at least one communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EPROM or a magnetic memory unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

1 eine schematische Darstellung einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 a schematic representation of a Fabry-Perot interferometer unit according to an embodiment;

2 ein Diagramm zur Darstellung einer Transmission einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit aus 1 in Abhängigkeit von einer Wellenlänge; 2 a diagram illustrating a transmission of a Fabry-Pérot interferometer unit 1 depending on a wavelength;

3 ein Diagramm zur Darstellung einer normalisierten Transmission in Abhängigkeit von einer Wellenlänge; 3 a diagram illustrating a normalized transmission as a function of a wavelength;

4 ein Diagramm zur Darstellung eines Transmissionsspektrums eines plasmonischen Filterelements gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Wellenlänge; 4 a diagram illustrating a transmission spectrum of a plasmonic filter element according to an embodiment in dependence on a wavelength;

5 eine schematische Darstellung eines plasmonischen Filterelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; 5 a schematic representation of a plasmonic filter element according to an embodiment;

6 ein Diagramm zur Darstellung eines Transmissionsspektrums eines plasmonischen Filterelements aus 5; 6 a diagram illustrating a transmission spectrum of a plasmonic filter element 5 ;

7 eine schematische Darstellung eines plasmonischen Filterelements aus 5 in der Seitenansicht; 7 a schematic representation of a plasmonic filter element 5 in the side view;

8 eine schematische Darstellung einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; 8th a schematic representation of a Fabry-Perot interferometer unit according to an embodiment;

9 eine schematische Darstellung einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; 9 a schematic representation of a Fabry-Perot interferometer unit according to an embodiment;

10 eine schematische Darstellung einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; 10 a schematic representation of a Fabry-Perot interferometer unit according to an embodiment;

11 ein Diagramm zur Darstellung einer Extinktion eines plasmonischen Filterelements aus 10 in Abhängigkeit von einer Wellenlänge; 11 a diagram illustrating an extinction of a plasmonic filter element 10 depending on a wavelength;

12 eine schematische Darstellung eines plasmonischen Filterelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; 12 a schematic representation of a plasmonic filter element according to an embodiment;

13 eine schematische Darstellung eines plasmonischen Filterelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; 13 a schematic representation of a plasmonic filter element according to an embodiment;

14 ein Diagramm zur Darstellung einer Transmission einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Wellenlänge; 14 a diagram showing a transmission of a Fabry-Pérot interferometer unit according to an embodiment in dependence on a wavelength;

15 ein Diagramm zur Darstellung einer Extinktion eines plasmonischen Filterelements gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Wellenlänge; 15 a diagram illustrating an extinction of a plasmonic filter element according to an embodiment in dependence on a wavelength;

16 ein Diagramm zur Darstellung einer Transmission einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Wellenlänge; 16 a diagram showing a transmission of a Fabry-Pérot interferometer unit according to an embodiment in dependence on a wavelength;

17 ein Diagramm zur Darstellung einer Transmission eines als Bandpass realisierten plasmonischen Filterelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; 17 a diagram illustrating a transmission of a realized as a bandpass plasmonic filter element according to an embodiment;

18 ein Diagramm zur Darstellung einer Transmission einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Wellenlänge; 18 a diagram showing a transmission of a Fabry-Pérot interferometer unit according to an embodiment in dependence on a wavelength;

19 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; 19 a schematic representation of a device according to an embodiment;

20 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 20 a flowchart of a method for operating a Fabry-Pérot interferometer unit according to an embodiment; and

21 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. 21 a flowchart of a method for producing a Fabry-Pérot interferometer unit according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 umfasst ein erstes Spiegelelement 102 und ein gegenüber dem ersten Spiegelelement 102 beabstandet angeordnetes zweites Spiegelelement 104. Die beiden Spiegelelemente 102, 104 bilden einen optischen Resonator 106 zum Filtern von Licht, auch Fabry-Pérot-Resonator genannt. Durch den optischen Resonator 106 führen ein erster Lichtpfad 108, der einen ersten Messkanal der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 repräsentiert, und ein zweiter Lichtpfad 110, der einen zweiten Messkanal der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 repräsentiert. Der erste Lichtpfad 108 befindet sich außerhalb des zweiten Lichtpfads 110. Eine Lichteinfallrichtung ist durch zwei Pfeile gekennzeichnet. In dem ersten Lichtpfad 108 ist ein plasmonisches Filterelement 112 angeordnet, hier eine plasmonische Filterstruktur aus einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Einzelstrukturelemente. Das plasmonische Filterelement 112 befindet sich zudem außerhalb des zweiten Lichtpfads 110. Das plasmonische Filterelement 112 ist ausgebildet, um einen entlang des ersten Lichtpfads 110 geführten Lichtstrahl zu filtern. Beispielhaft ist das plasmonische Filterelement 112 auf eine dem zweiten Spiegelelement 104 zugewandte Oberfläche des ersten Spiegelelements 102 aufgebracht. 1 shows a schematic representation of a Fabry-Pérot interferometer unit 100 according to an embodiment. The Fabry-Pérot interferometer unit 100 comprises a first mirror element 102 and one opposite to the first mirror element 102 spaced second mirror element 104 , The two mirror elements 102 . 104 form an optical resonator 106 for filtering light, also called Fabry-Pérot resonator. Through the optical resonator 106 lead a first light path 108 , the first measuring channel of the Fabry-Pérot interferometer unit 100 represents, and a second light path 110 , the second measuring channel of the Fabry-Pérot interferometer unit 100 represents. The first light path 108 is outside the second light path 110 , A light incidence direction is indicated by two arrows. In the first light path 108 is a plasmonic filter element 112 arranged here a plasmonic filter structure of a plurality of juxtaposed individual structural elements. The plasmonic filter element 112 is also outside the second light path 110 , The plasmonic filter element 112 is designed to be one along the first light path 110 to filter the guided light beam. Exemplary is the plasmonic filter element 112 on a the second mirror element 104 facing surface of the first mirror element 102 applied.

Beispielhaft ist die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 als ein Lagenverbund aus einer Trägerlage 114, auch Substrat genannt, einer das erste Spiegelelement 102 aufweisenden ersten Lage 116, einer das zweite Spiegelelement 104 aufweisenden zweiten Lage 118 sowie einem Kappenelement 120 zum Abdecken des optischen Resonators 106 realisiert. Die erste Lage 116 und die zweite Lage 118 sind beabstandet zueinander angeordnet, wobei die erste Lage 116 flächig auf der Trägerlage 114 aufliegt. Die zweite Lage 118 wird durch Stützelemente 122 auf Abstand zur ersten Lage 116 gehalten. In die beiden Lagen 116, 118 sind ferner Elektrodenelemente 124 integriert, die als Steuerelektrode fungieren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eines der Elektrodenelemente 124 als Teil des plasmonischen Filterelements 112 realisiert.Exemplary is the Fabry-Pérot interferometer unit 100 as a layer composite of a carrier layer 114 , also called substrate, one of the first mirror element 102 having the first situation 116 , one the second mirror element 104 having second layer 118 and a cap element 120 for covering the optical resonator 106 realized. The first location 116 and the second location 118 are spaced from each other, wherein the first layer 116 flat on the carrier layer 114 rests. The second location 118 is supported by support elements 122 at a distance to the first location 116 held. In the two layers 116 . 118 are also electrode elements 124 integrated, which act as a control electrode. According to one embodiment, at least one of the electrode elements 124 as part of the plasmonic filter element 112 realized.

Auf einer dem optischen Resonator 106 abgewandten Seite der Trägerlage 114 sind ein erster Detektor 126 zum Detektieren der durch den ersten Lichtpfad 108 geführten Lichtstrahlen und ein zweiter Detektor 128 zum Detektieren der durch den zweiten Lichtpfad 110 geführten Lichtstrahlen angeordnet, wobei der erste Detektor 126 ausgebildet ist, um ein die Lichtstrahlen des ersten Lichtpfads 108 repräsentierendes erstes Detektorsignal 130 bereitzustellen, und der zweite Detektor 128 ausgebildet ist, um ein die Lichtstrahlen des zweiten Lichtpfads 110 repräsentierendes zweites Detektorsignal 132 bereitzustellen. Eine an die beiden Detektoren 126, 128 angeschlossene Vorrichtung 150 ist ausgebildet, um unter Verwendung der beiden Detektorsignale 130, 132 ein Messsignal 152 zu erzeugen.On a the optical resonator 106 opposite side of the carrier layer 114 are a first detector 126 for detecting the through the first light path 108 guided light beams and a second detector 128 for detecting through the second light path 110 guided light beams, wherein the first detector 126 is formed to one of the light beams of the first light path 108 representing the first detector signal 130 to provide, and the second detector 128 is formed to one of the light beams of the second light path 110 representing the second detector signal 132 provide. One to the two detectors 126 . 128 connected device 150 is configured to use the two detector signals 130 . 132 a measuring signal 152 to create.

Durch das plasmonische Filterelement 112 wird gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Erweiterung eines durch die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 erfassbaren Wellenlängenbereichs ermöglicht. Die Trennung der Ordnungen der Moden erfolgt beispielsweise durch Differenzbildung der von den beiden Detektoren 126, 128 erfassten Lichtintensitäten. Dabei fungiert das Kappenelement 120 als ein erster Langpass zum Filtern von Licht, das über das zweite Spiegelelement 104 in den optischen Resonator 106 einfällt. Das Kappenelement 120 und die Trägerlage 114 sind je nach Ausführungsbeispiel aus ein und demselben Substratmaterial oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt.Through the plasmonic filter element 112 will be used according to the 1 embodiment shown an extension of a through the Fabry-Pérot interferometer unit 100 detectable wavelength range allows. The separation of the orders of the modes, for example, by subtraction of the two detectors 126 . 128 detected light intensities. The cap element acts here 120 as a first long pass for filtering light transmitted through the second mirror element 104 in the optical resonator 106 incident. The cap element 120 and the carrier layer 114 are made of one and the same substrate material or of different materials depending on the embodiment.

Die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 wird mit den beiden Detektoren 126, 128 betrieben. Hierbei befindet sich gegenüber dem ersten Detektor 126 das plasmonische Filterelement 112. Gegenüber dem zweiten Detektor 128 befindet sich kein plasmonisches Filterelement. Eine Fabry-Pérot-Grundmode wird zur Detektion verwendet. Ein Langpass blendet Fabry-Pérot-Moden zweiter oder höherer Ordnung aus. Der Langpass ist beispielsweise durch das Substrat oder alternativ durch das plasmonische Filterelement 112 realisiert. The Fabry-Pérot interferometer unit 100 is with the two detectors 126 . 128 operated. This is located opposite the first detector 126 the plasmonic filter element 112 , Opposite the second detector 128 there is no plasmonic filter element. A Fabry-Pérot fundamental mode is used for detection. A longpass fades out second- or higher-order Fabry-Pérot fashions. The longpass is for example through the substrate or alternatively through the plasmonic filter element 112 realized.

2 zeigt ein Diagramm 200 zur Darstellung einer Transmission einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit aus 1 in Abhängigkeit von einer Wellenlänge. Gezeigt ist eine erste Kurve 202, die den beispielsweise durch das Substrat realisierten Langpass repräsentiert, eine zweite Kurve 204, die einen effektiven zweiten Langpass durch das plasmonische Filterelement, etwa in Form plasmonischer Antennen, repräsentiert, eine Fabry-Pérot-Grundmode 206, deren Verschiebung bei Aktuierung des Interferometers mit einem Pfeil gekennzeichnet ist, sowie höhere Fabry-Pérot-Moden 208. 2 shows a diagram 200 representing a transmission of a Fabry-Pérot interferometer unit 1 depending on a wavelength. Shown is a first curve 202 representing the long pass realized, for example, by the substrate, a second curve 204 representing an effective second long pass through the plasmonic filter element, such as in the form of plasmonic antennas, a Fabry-Pérot fundamental mode 206 whose shift is indicated by an arrow when the interferometer is activated, as well as higher Fabry-Pérot modes 208 ,

Vom Grundabstand des Resonators bis zum Ende eines ersten Wellenlängenbereichs 210 wird der erste Detektor zur Aufnahme des Spektrums verwendet. Die plasmonischen Absorber sorgen hierbei für das Ausblenden der ersten Mode höherer Ordnung. Vom kurzwelligen Ende des ersten Wellenlängenbereichs 210 bis zum kurzwelligen Ende eines zweiten Wellenlängenbereichs 212 wird der zweite Detektor zur Aufnahme des Spektrums verwendet. So kann insgesamt die spektrale Bandbreite des Spektrometers auf die Bereiche 210, 212 erweitert werden.From the basic distance of the resonator to the end of a first wavelength range 210 the first detector is used to record the spectrum. The plasmonic absorbers provide for hiding the first mode of higher order. From the shortwave end of the first wavelength range 210 to the shortwave end of a second wavelength range 212 the second detector is used to record the spectrum. Thus, in total, the spectral bandwidth of the spectrometer on the areas 210 . 212 be extended.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 als mikromechanisches Interferometer-Bauelement realisiert und umfasst mindestens ein Substrat 114, zwei durch einen Spalt voneinander beabstandete, übereinander angeordnete Spiegelelemente 102, 104 und flexible Aufhängungen als Stützelemente 122, über die wenigstens eines der Spiegelelemente 102, 104 am Substrat aufgehängt ist. Dabei ist mindestens ein plasmonisches Filterelement 112 wenigstens in einem Teilbereich eines Strahlengangs der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 integriert.In one embodiment, the Fabry-Pérot interferometer unit is 100 realized as a micromechanical interferometer component and comprises at least one substrate 114 , two spaced apart by a gap, stacked mirror elements 102 . 104 and flexible suspensions as support elements 122 , about the at least one of the mirror elements 102 . 104 suspended from the substrate. In this case, at least one plasmonic filter element 112 at least in a partial region of a beam path of the Fabry-Perot interferometer unit 100 integrated.

Das plasmonische Filterelement 112 ist entweder wenigstens in einem der Spiegelelemente 102, 104, wenigstens über einen Teilbereich oder in dem Kappenelement 120 oder auf der Rückseite des Substrats 114 integriert.The plasmonic filter element 112 is either at least in one of the mirror elements 102 . 104 , at least over a portion or in the cap member 120 or on the back of the substrate 114 integrated.

Je nach Ausführungsbeispiel ist das plasmonische Filterelement 112 in, auf oder unter einem der Spiegelelemente 102, 104 integriert. Optional fungiert das plasmonische Filterelement 112 selbst als Spiegel.Depending on the embodiment, the plasmonic filter element 112 in, on or under one of the mirror elements 102 . 104 integrated. Optionally, the plasmonic filter element acts 112 even as a mirror.

Auf den Spiegelelementen 102, 104 können mehrere unterschiedliche Filtercharakteristiken, etwa durch verschiedene Gitterperioden, realisiert sein, beispielsweise in verschiedenen Bereichen oder überlappend filternd.On the mirror elements 102 . 104 For example, several different filter characteristics may be realized, such as by different grating periods, for example in different areas or overlapping filtering.

Das plasmonische Filterelement 112 ist je nach Ausführungsbeispiel aus einem Metall oder einer Kombination aus einem Metall und einem Dielektrikum wie Ag, Au, Cu oder Pt realisiert. Die Anordnung ist ein- oder zweidimensional periodisch oder quasiperiodisch oder zufällig verteilt. Die plasmonischen Gitter weisen beispielsweise eine Periode auf, die mit dem Spaltabstand der Spiegelelemente in einem bruchzahligen Verhältnis steht. Die quasiperiodische Anordnung ist beispielsweise eindimensional als Fibonacci-Anordnung oder zweidimensional als Penrose-, Fibonacci-, Pinwheel- oder Kite-Domino-Anordnung realisiert.The plasmonic filter element 112 is implemented depending on the embodiment of a metal or a combination of a metal and a dielectric such as Ag, Au, Cu or Pt. The arrangement is distributed one or two-dimensional periodically or quasi-periodically or randomly. For example, the plasmonic gratings have a period which is in a fractional ratio with the gap distance of the mirror elements. The quasi-periodic arrangement is implemented, for example, as a one-dimensional Fibonacci arrangement or two-dimensionally as a Penrose, Fibonacci, Pinwheel or Kite domino arrangement.

Das plasmonische Filterelement 112 weist beispielsweise eine Positivstruktur in Form einer Metallscheibe, eines Metallzylinders oder einer Antenne, eine Negativstruktur in Form eines Loches in einem Metallfilm oder eine Negativstruktur mit umgebenden Korrugationen in einem Metallfilm auf.The plasmonic filter element 112 has, for example, a positive structure in the form of a metal disk, a metal cylinder or an antenna, a negative structure in the form of a hole in a metal film or a negative structure with surrounding corrugations in a metal film.

Einzelstrukturelemente des plasmonischen Filterelements 112 sind beispielsweise zweidimensional als Kreis, Dreieck, Kreuz, Doppel-Stabantenne, Rechteckantenne, quadratische Antenne oder Split-Ring-Resonator ausgeformt. Alternativ sind die Einzelstrukturelemente als 3D-Struktur ausgeformt.Single structural elements of the plasmonic filter element 112 For example, two-dimensionally shaped as a circle, triangle, cross, double-rod antenna, rectangular antenna, square antenna or split-ring resonator. Alternatively, the individual structural elements are formed as a 3D structure.

Die Filtercharakteristik des plasmonischen Filterelements 112 ist beispielsweise einstellbar über die Wahl des Materials, über die Resonanz durch Periodizität oder Quasiperiodizität der Anordnung oder über die Resonanz der Einzelstrukturen, etwa der optischen Antennenstrukturen.The filter characteristic of the plasmonic filter element 112 is adjustable, for example, by the choice of material, by the resonance by periodicity or quasiperiodicity of the arrangement, or by the resonance of the individual structures, such as the optical antenna structures.

Die Metallisierung der Lochgitter dient optional gleichzeitig als Elektrode für ein kapazitives Element, etwa zur Abstandmessung oder Aktuierung.Optionally, the metallization of the perforated grid simultaneously serves as an electrode for a capacitive element, for example for distance measurement or actuation.

Die Herstellung der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 erfolgt je nach Ausführungsbeispiel durch Abscheidung von Metall oder Dielektrikum in einem Halbleiterprozess und anschließende subtraktive Strukturierung, etwa durch Nanoimprint, optische Lithografie oder Interferenzlithografie, oder, bei zufällig verteilten Elementen und Positivstrukturen wie beispielsweise Antennen, durch chemische Synthetisierung des plasmonischen Filterelements 112 und anschließendes Spin-Coaten der Filterstrukturen, die optional in eine Polymermatrix eingebettet werden.The fabrication of the Fabry-Pérot interferometer unit 100 takes place depending on the embodiment by deposition of metal or dielectric in a semiconductor process and subsequent subtractive structuring, such as nanoimprint, optical lithography or interference lithography, or, in randomly distributed elements and positive structures such as antennas, by chemical synthesis of the plasmonic filter element 112 and then spin-coating the filter structures, which are optionally embedded in a polymer matrix.

3 zeigt ein Diagramm 300 zur Darstellung einer normalisierten Transmission in Abhängigkeit von einer Wellenlänge. 3 shows a diagram 300 for representing a normalized transmission as a function of a wavelength.

Bei Fabry-Pérot-Interferometern wird die Resonanzbedingung für maximale Transmission – Spaltabstand gleich dem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge – neben der Grundwellenlänge noch durch höhere Ordnungen erfüllt. Dies führt dazu, dass der spektral nutzbare Bereich eines Fabry-Pérot-Interferometers zu kurzen Wellenlängen hin jeweils durch die nächsthöhere Mode eingeschränkt wird bzw. dass sich die Signale der verschiedenen Ordnungen bei Fehlen eines Langpass- oder Bandpassfilters gegenseitig überlagern, wie dies in 3 gezeigt ist.In Fabry-Pérot interferometers, the resonance condition for maximum transmission - gap distance equal to the integer multiple of the half wavelength - in addition to the fundamental wavelength is still met by higher orders. As a result, the spectrally usable range of a Fabry-Pérot interferometer is restricted to short wavelengths in each case by the next higher mode or, respectively, the signals of the different orders are superimposed in the absence of a longpass or bandpass filter, as described in US Pat 3 is shown.

Solche Langpassfilter werden üblicherweise kostenintensiv durch zusätzliche optische Komponenten realisiert. Plasmonische Filter hingegen erlauben die Implementierung optischer Funktionalität in einer einzigen Metalllage. So lassen sich speziell spektrale optische Filter auf verschiedene Weise durch plasmonische Strukturen realisieren. Beispielsweise besitzen quadratische metallische Lochgitterfilter Transmissionsmaxima für diejenigen Wellenlängen λ, die durch Fano-Interferenz jeweils geringfügig rotverschoben sind zu Transmissionsminima λ_max. Letztere stehen mit der Gitterperiode in folgendem Verhältnis:

Such long-pass filters are usually realized cost-intensive by additional optical components. In contrast, plasmonic filters allow the implementation of optical functionality in a single metal layer. Spectral optical filters in particular can be realized in different ways by plasmonic structures. For example, square metallic perforated grating filters have transmission maxima for those wavelengths λ, which are each slightly red-shifted by Fano interference to transmission minima λ _max . The latter are related to the grating period in the following ratio:

Ein Beispiel für eine solche Struktur und ein entsprechendes Spektrum für ein hexagonales Lochgitter sind in 4 dargestellt.An example of such a structure and a corresponding spectrum for a hexagonal perforated grid are in 4 shown.

4 zeigt ein Diagramm 400 zur Darstellung eines Transmissionsspektrums eines plasmonischen Filterelements 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Wellenlänge. Im Unterschied zu 1 bis 3 ist das plasmonische Filterelement 112 hier als Lochgitter ausgeführt. Durch geeignete Wahl einer Lochgröße können mithilfe des plasmonischen Filterelements 112 auch langwellige Moden ausgeblendet werden. 4 shows a diagram 400 to represent a transmission spectrum of a plasmonic filter element 112 according to an embodiment in dependence on a wavelength. In contrast to 1 to 3 is the plasmonic filter element 112 executed here as a perforated grid. By choosing a suitable hole size, you can use the plasmonic filter element 112 also long-wave modes are hidden.

Mit einer solchen Struktur können somit optische Kurzpässe oder in Kombination mit einer Langpassstruktur (oder bei Vorhandensein intrinsischer Langpässe durch materialabhängige Inter- oder Intrabandabsorptionen) auch Bandpässe realisiert werden.With such a structure, optical short passes or in combination with a long-pass structure (or in the presence of intrinsic long passages due to material-dependent interband or intraband absorptions), it is thus also possible to realize bandpasses.

Alternativ weist das plasmonische Filterelement 112 periodische Korrugationen um Öffnungen in einem Metallfilm für eine resonante Transmission auf. Diese Strukturen können in ähnlicher Weise als Filter verwendet werden, wie in den 5 bis 7 gezeigt.Alternatively, the plasmonic filter element 112 periodic corrugations around openings in a metal film for resonant transmission. These structures can be similarly used as filters as in the US Pat 5 to 7 shown.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines plasmonischen Filterelements 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das plasmonische Filterelement 112 weist im Unterschied zu einem vorangehend anhand der 1 bis 4 beschriebenen plasmonischen Filterelement eine zentrale Öffnung 500 auf, die von einer periodischen Korrugation, hier in Form einer konzentrischen Rillenstruktur 502, umgeben ist. 5 shows a schematic representation of a plasmonic filter element 112 according to an embodiment. The plasmonic filter element 112 differs from a previous one by the 1 to 4 described plasmonic filter element has a central opening 500 on, by a periodic corrugation, here in the form of a concentric groove structure 502 , is surrounded.

6 zeigt ein Diagramm 600 zur Darstellung eines Transmissionsspektrums eines plasmonischen Filterelements aus 5. 6 shows a diagram 600 to represent a transmission spectrum of a plasmonic filter element 5 ,

7 zeigt eine schematische Darstellung eines plasmonischen Filterelements 112 aus 5 in der Seitenansicht. 7 shows a schematic representation of a plasmonic filter element 112 out 5 in the side view.

Auch mit solchen Strukturen können optische Kurzpässe oder, in Kombination mit einer Langpassstruktur, auch Bandpässe realisiert werden.Even with such structures, optical short-circuits or, in combination with a long-pass structure, also bandpasses can be realized.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das plasmonische Filterelement 112 als plasmonische Antenne ausgeführt. Hierbei kann durch geeignete Wahl verschiedener Antennengeometrien mit unterschiedlichen Resonanzwellenlängen und eine damit verbundene Überlagerung deren fundamentaler und höherer (höherenergetischer) Resonanzen ein optischer Langpassfilter realisiert werden. Daraus kann in Kombination mit einer Kurzpassstruktur ein Bandpass realisiert werden.According to a further embodiment, the plasmonic filter element 112 designed as a plasmonic antenna. This can be realized by a suitable choice of different antenna geometries with different resonance wavelengths and an associated superposition of their fundamental and higher (higher energy) resonances, an optical long-pass filter. From this, a bandpass can be realized in combination with a shortpass structure.

Nachfolgend werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie solche plasmonischen Strukturen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des hier vorgestellten Ansatzes für eine kostengünstige Implementierung von Fabry-Pérot-Spektrometern oder für die Erweiterung deren spektraler Bandbreite verwendet werden können.Hereinafter, ways are shown how such plasmonic structures according to various embodiments of the approach presented here for a cost-effective implementation of Fabry-Pérot spectrometers or for the expansion of their spectral bandwidth can be used.

8 zeigt eine schematische Darstellung einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 entspricht im Wesentlichen der anhand von 1 beschriebenen Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit. Im Unterschied zu 1 ist die Trägerlage 114 im Bereich des ersten Spiegelelements 102 mit einer Kaverne 802 realisiert, wobei das plasmonische Filterelement 112 der Kaverne 802 gegenüberliegt. 8th shows a schematic representation of a Fabry-Pérot interferometer unit 100 according to an embodiment. The Fabry-Pérot interferometer unit 100 essentially corresponds to the basis of 1 described Fabry-Pérot interferometer unit. In contrast to 1 is the carrier layer 114 in the region of the first mirror element 102 with a cavern 802 realized, wherein the plasmonic filter element 112 the cavern 802 opposite.

Gezeigt ist ein Querschnitt durch ein Bauelement mit integriertem plasmonischem Filter auf beiden Spiegelelementen 102, 104. Der plasmonische Filter umfasst das plasmonische Filterelement 112 und ein weiteres plasmonisches Filterelement 804, das auf eine dem plasmonischen Filterelement 112 gegenüberliegende Oberfläche des zweiten Spiegelelements 104 aufgebracht ist. Die beiden Filterelemente 112, 804 weisen unterschiedliche Filtercharakteristiken auf. Beispielsweise ist das weitere plasmonische Filterelement 804 als eine plasmonische Filterstruktur mit einer ersten Periode und das plasmonische Filterelement 112 als eine plasmonische Filterstruktur mit einer zweiten Periode realisiert. Shown is a cross section through a device with integrated plasmonic filter on both mirror elements 102 . 104 , The plasmonic filter comprises the plasmonic filter element 112 and another plasmonic filter element 804 . that on a plasmonic filter element 112 opposite surface of the second mirror element 104 is applied. The two filter elements 112 . 804 have different filter characteristics. For example, this is another plasmonic filter element 804 as a plasmonic filter structure having a first period and the plasmonic filter element 112 realized as a plasmonic filter structure having a second period.

Alternativ sind die beiden Filterelemente 112, 804 je auf einer Außenseite der Spiegelelemente 102, 104 platziert.Alternatively, the two filter elements 112 . 804 depending on an outside of the mirror elements 102 . 104 placed.

Im Unterschied zu 1 weist die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel kein Kappenelement auf.In contrast to 1 has the Fabry-Pérot interferometer unit 100 according to this embodiment, no cap member.

9 zeigt eine schematische Darstellung einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 8 ist der optische Resonator 106, ähnlich wie in 1, mit dem Kappenelement 120 abgedeckt, hier mit einem Kappenchip. Das plasmonische Filterelement 112 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einer dem optischen Resonator 106 abgewandten Außenseite des Kappenelements 120 gegenüber dem zweiten Spiegelelement 104 angeordnet. 9 shows a schematic representation of a Fabry-Pérot interferometer unit 100 according to an embodiment. In contrast to 8th is the optical resonator 106 , similar to in 1 , with the cap element 120 covered, here with a cap chip. The plasmonic filter element 112 is on a the optical resonator according to this embodiment 106 remote from the outside of the cap member 120 opposite the second mirror element 104 arranged.

10 zeigt eine schematische Darstellung einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100 entspricht im Wesentlichen der vorangehend anhand von 9 beschriebenen Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit 100, mit dem Unterschied, dass die Trägerlage 114 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ohne Kaverne realisiert ist. 10 shows a schematic representation of a Fabry-Pérot interferometer unit 100 according to an embodiment. The Fabry-Pérot interferometer unit 100 essentially corresponds to the previous one with reference to 9 described Fabry-Pérot interferometer unit 100 , with the difference that the backing layer 114 realized according to this embodiment without cavern.

Das plasmonische Filterelement 112 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als zweiter Langpass realisiert, wobei das Kappenelement 120 einen gegebenen ersten Langpass repräsentiert.The plasmonic filter element 112 is realized according to this embodiment as a second long-pass, wherein the cap member 120 represents a given first long pass.

11 zeigt ein Diagramm 1100 zur Darstellung einer Extinktion eines plasmonischen Filterelements aus 10, hier einer plasmonischen Antenne, in Abhängigkeit von einer Wellenlänge. Gezeigt sind eine erste Antennenextinktion 1102 für eine erste Wellenlänge, eine zweite Antennenextinktion 1104 für eine zweite Wellenlänge sowie eine effektive Gesamtextinktion 1106 der Antennen. 11 shows a diagram 1100 for representing an extinction of a plasmonic filter element 10 , here a plasmonic antenna, depending on a wavelength. Shown are a first antenna extinction 1102 for a first wavelength, a second antenna extinction 1104 for a second wavelength as well as an effective total textual action 1106 the antennas.

12 zeigt eine schematische Darstellung eines plasmonischen Filterelements 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa eines vorangehend anhand der 1 bis 11 beschriebenen plasmonischen Filterelements. Das plasmonische Filterelement 112 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer Mehrzahl von Stabantennen 1200 realisiert, die in einem regelmäßigen geometrischen Muster zueinander angeordnet sind. 12 shows a schematic representation of a plasmonic filter element 112 according to an embodiment, such as one above based on the 1 to 11 described plasmonic filter element. The plasmonic filter element 112 is according to this embodiment with a plurality of rod antennas 1200 realized, which are arranged in a regular geometric pattern to each other.

13 zeigt eine schematische Darstellung eines plasmonischen Filterelements 112 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu 12 sind die Stabantennen 1200 hier ungeordnet verteilt. 13 shows a schematic representation of a plasmonic filter element 112 according to an embodiment. In contrast to 12 are the rod antennas 1200 distributed here in a disorderly manner.

Die Stabantennen 1200 weisen beispielsweise eine Länge zwischen 300 nm und 1400 nm, eine Breite von 100 nm und eine Höhe von 30 nm auf.The rod antennas 1200 For example, they have a length between 300 nm and 1400 nm, a width of 100 nm and a height of 30 nm.

14 zeigt ein Diagramm 1400 zur Darstellung einer Transmission einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Wellenlänge. Gezeigt sind die Kurve 202, die den durch das Substrat oder das Kappenelement realisierten ersten Langpass repräsentiert, die zweite Kurve 204, die einen effektiven zweiten Filter durch das plasmonische Filterelement in Form einer Antenne repräsentiert, die Fabry-Pérot-Grundmode 206 und die höheren Fabry-Pérot-Moden 208. 14 shows a diagram 1400 to illustrate a transmission of a Fabry-Pérot interferometer unit according to an embodiment as a function of a wavelength. Shown are the curve 202 representing the first long pass realized by the substrate or the cap member, the second curve 204 representing an effective second filter through the plasmonic filter element in the form of an antenna, the Fabry-Pérot fundamental mode 206 and the higher Fabry-Pérot modes 208 ,

Durch den effektiven Langpass der Antennen kann der erste Langpass erweitert werden. Dadurch wird eine beliebige Platzierung der Free-Spectral-Range der Fabry-Pérot-Mode im Spektrum ermöglicht.Due to the effective long-pass of the antennas, the first long-pass can be extended. This allows arbitrary placement of the Free Spectral range of the Fabry-Pérot mode in the spectrum.

15 zeigt ein Diagramm 1500 zur Darstellung einer Extinktion eines plasmonischen Filterelements gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Wellenlänge. Gezeigt sind die Antennenextinktionen 1102, 1104, 1502 für unterschiedliche Wellenlängen sowie die effektive Gesamtextinktion 1106. 15 shows a diagram 1500 for representing an extinction of a plasmonic filter element according to an embodiment as a function of a wavelength. Shown are the antennae extents 1102 . 1104 . 1502 for different wavelengths as well as the effective total text action 1106 ,

16 zeigt ein Diagramm 1600 zur Darstellung einer Transmission einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Wellenlänge. Gezeigt ist eine Kurve 1602, die einen durch die Antennen realisierten effektiven Langpass repräsentiert. 16 shows a diagram 1600 to illustrate a transmission of a Fabry-Pérot interferometer unit according to an embodiment as a function of a wavelength. Shown is a curve 1602 that represents an effective long-pass realized by the antennas.

Die Diagramme 1500, 1600 entsprechen der Realisierung eines vollständig plasmonischen Langpasses bei gegebenem Langpass, etwa durch das Substrat. Analog zum vorherigen Ausführungsbeispiel kann mit ausreichender Anzahl geeigneter Antennen der Langpass auch komplett durch plasmonische Strukturen realisiert werden. Ein erster Langpass kann dann entfallen.The diagrams 1500 . 1600 correspond to the realization of a fully plasmonic long pass given a long pass, such as through the substrate. Analogous to the previous embodiment, with sufficient number of suitable antennas, the long-pass can also be completely realized by plasmonic structures. A first long pass can then be omitted.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das plasmonische Filterelement als plasmonischer Bandpass zur Selektion einer Mode realisiert.According to one embodiment, the plasmonic filter element is realized as a plasmonic bandpass for the selection of a mode.

17 zeigt ein Diagramm 1700 zur Darstellung einer Transmission eines als Bandpass realisierten plasmonischen Filterelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierzu ist das plasmonische Filterelement etwa als Loch-Array realisiert. 17 shows a diagram 1700 to illustrate a transmission of a realized as a bandpass plasmonic filter element according to an embodiment. For this purpose, the plasmonic filter element is realized approximately as a hole array.

18 zeigt ein Diagramm 1800 zur Darstellung einer Transmission einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Wellenlänge. Neben der den durch die Antennen realisierten Langpass repräsentierenden Kurve 1602, der Grundmode 206, den höheren Moden 208 ist eine Fabry-Pérot-Wunschmode 1802 gezeigt. 18 shows a diagram 1800 to illustrate a transmission of a Fabry-Pérot interferometer unit according to an embodiment as a function of a wavelength. Beside the curve representing the longpass created by the antennas 1602 , the basic fashion 206 , the higher fashions 208 is a Fabry-Pérot wish fashion 1802 shown.

Höhere Moden besitzen kleinere Halbwertbreiten als die Grundmode. So können mit höheren Moden bessere Auflösungen eines Fabry-Pérot-Spektrometers erreicht werden. Zur Selektion einer solchen Wunschmode sollte ein Bandpass realisiert werden, der sowohl höhere Moden als auch niedrigere Moden (hier die Grundmode) herausfiltert.Higher modes have smaller half-widths than the fundamental mode. Thus, higher resolutions of a Fabry-Pérot spectrometer can be achieved with higher modes. For the selection of such a desired mode, a band pass should be realized which filters out both higher modes and lower modes (here the fundamental mode).

Höhere (kurzwelligere) Moden können wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen durch einen Langpass gefiltert werden, etwa durch optische Antennen verschiedener Länge.Higher (shorter wavelength) modes can be filtered by a long-pass filter, as in the previous embodiments, such as optical antennas of different lengths.

Niedrigere (langwelligere) Moden, hier die Grundmode, lassen sich beispielsweise mithilfe einer sogenannten Extraordinary Transmission durch ein plasmonisches Lochgitter (Hole Array) herausfiltern. Hierbei ist die Periode der langwelligsten Mode des Lochgitters [für ein Square Array die (1,0)- bzw. (0,1)-Mode] so abgestimmt, das sie mit der gewünschten Fabry-Pérot-Mode zusammenfällt. Die langwelligste Mode des Lochgitters ist beispielsweise für quadratische Gitter in Gold bei normalem Lichteinfall geringfügig langwelliger als die Gitterperiode (z. B. 436 nm, 538 nm und 627 nm bei 300 nm, 450 nm und 550 nm Gitterperiode).Lower (longer wavelength) modes, in this case the fundamental mode, can be filtered out by means of a so-called extraordinary transmission through a plasmonic hole grid (hole array), for example. Here, the period of the longest wave mode of the perforated grating [for a square array, the (1,0) - or (0,1) -Mode] is tuned to coincide with the desired Fabry-Pérot mode. For example, the long wavelength mode of the grating is slightly longer wavelength than the grating period for square gratings in gold under normal light conditions (eg, 436 nm, 538 nm, and 627 nm at 300 nm, 450 nm, and 550 nm grating periods).

19 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 150 gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa einer vorangehend anhand von 1 beschriebenen Vorrichtung. Die Vorrichtung 150 umfasst eine Einleseeinheit 1910 zum Einlesen der beiden Detektorsignale 130, 132. Eine Erzeugungseinheit 1920 ist ausgebildet, um die Detektorsignale 130, 132 von der Einleseeinheit 1010 zu empfangen und diese zur Erzeugung des Messsignals 152 in geeigneter Weise zu verarbeiten. 19 shows a schematic representation of a device 150 according to an embodiment, such as a preceding with reference to 1 described device. The device 150 includes a read-in unit 1910 for reading the two detector signals 130 . 132 , A generation unit 1920 is designed to detect the detector signals 130 . 132 from the reading unit 1010 to receive and this to generate the measurement signal 152 to process in a suitable manner.

20 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 2000 zum Betreiben einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 2000 kann beispielsweise unter Verwendung einer Vorrichtung, wie sie vorangehend anhand von 19 beschrieben ist, durchgeführt werden. Hierbei werden in einem Schritt 2010 die beiden Detektorsignale eingelesen. In einem Schritt 2020 wird unter Verwendung der beiden Detektorsignale das Messsignal erzeugt. 20 shows a flowchart of a method 2000 for operating a Fabry-Perot interferometer unit according to one embodiment. The procedure 2000 For example, using a device as previously described with reference to 19 is described. This will be done in one step 2010 the two detector signals are read. In one step 2020 the measurement signal is generated using the two detector signals.

21 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 2100 zum Herstellen einer Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 2100 umfasst einen Schritt 2110, in dem ein erstes Spiegelelement gegenüber einem zweiten Spiegelelement angeordnet wird, um einen optischen Resonator mit einem einem ersten Messkanal der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit zugeordneten ersten Lichtpfad und einem einem zweiten Messkanal der Fabry-Pérot-Interferometer-Einheit zugeordneten zweiten Lichtpfad zu bilden. In einem weiteren Schritt 2120 wird zumindest ein plasmonisches Filterelement derart in den ersten Lichtpfad eingebracht, dass das plasmonische Filterelement außerhalb des zweiten Lichtpfads angeordnet ist. 21 shows a flowchart of a method 2100 for producing a Fabry-Perot interferometer unit according to an embodiment. The procedure 2100 includes a step 2110 in which a first mirror element is arranged opposite a second mirror element, to an optical resonator with a first measuring channel of the Fabry-Pérot interferometer unit associated with the first light path and a second measuring channel of the Fabry-Pérot interferometer unit associated second light path form. In a further step 2120 At least one plasmonic filter element is introduced into the first light path in such a way that the plasmonic filter element is arranged outside the second light path.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims

Fabry-Perot interferometer unit ( 100 ) having the following features: a first mirror element ( 102 ) and a second mirror element ( 104 ), wherein the first mirror element ( 102 ) and the second mirror element ( 104 ) are arranged opposite one another or can be arranged to form an optical resonator ( 106 ) with at least one first light path ( 108 ) and a second light path ( 110 ), the first light path ( 108 ) a first measuring channel of the Fabry-Pérot interferometer unit ( 100 ) and the second light path ( 110 ) a second measuring channel of the Fabry-Pérot interferometer unit ( 100 ) assigned; and at least one plasmonic filter element ( 112 ), which in the first light path ( 108 ) and outside the second light path ( 110 ) is arranged or can be arranged around one of the first light path ( 108 ) to filter guided light beam.

Fabry-Perot interferometer unit ( 100 ) according to claim 1, wherein the plasmonic filter element ( 112 ) on the first mirror element ( 102 ) and / or the second mirror element ( 104 ) is arranged.

Fabry-Perot interferometer unit ( 100 ) according to one of the preceding claims, with a carrier layer ( 114 ), one the first mirror element ( 102 ), the first situation ( 116 ) and one that second mirror element ( 104 ), the second situation ( 118 ), wherein the carrier layer ( 114 ) with the first layer ( 116 ) and the second layer ( 118 ) is combined into a layer composite such that the first mirror element ( 102 ) on the carrier layer ( 114 ) is arranged and the second mirror element ( 104 ) spaced from the first mirror element ( 102 ) is arranged.

Fabry-Perot interferometer unit ( 100 ) according to claim 3, wherein the plasmonic filter element ( 112 ) on the carrier layer ( 114 ) is arranged.

Fabry-Perot interferometer unit ( 100 ) according to claim 3 or 4, with at least one electrode element ( 124 ) for electrically contacting the Fabry-Pérot interferometer unit ( 100 ), wherein the electrode element ( 124 ) at the first position ( 116 ) and / or the second layer ( 118 ) is arranged.

Fabry-Perot interferometer unit ( 100 ) according to claim 5, wherein the electrode element ( 124 ) as part of the plasmonic filter element ( 112 ) is realized.

Fabry-Perot interferometer unit ( 100 ) according to one of the preceding claims, with a cap element ( 120 ) for covering the optical resonator ( 106 ), wherein the plasmonic filter element ( 112 ) on the cap element ( 120 ) is arranged.

Fabry-Perot interferometer unit ( 100 ) according to one of the preceding claims, with at least one further plasmonic filter element ( 804 ), wherein the further plasmonic filter element ( 804 ) and the plasmonic filter element ( 112 ) have different filter characteristics.

Procedure ( 2000 ) for operating a Fabry-Pérot interferometer unit ( 100 ) according to any one of the preceding claims, wherein the method ( 2000 ) includes the following steps: reading in ( 2010 ) of a first detector signal ( 130 ) via the first measuring channel and a second detector signal ( 132 ) via the second measuring channel, wherein the first detector signal ( 130 ) one along the first light path ( 108 ) and the second detector signal ( 132 ) one along the second light path ( 110 ) guided light beam represents; and generating ( 2020 ) of a measuring signal ( 152 ) using the first detector signal ( 130 ) and the second detector signal ( 132 ).

Procedure ( 2000 ) according to claim 9, wherein in the step of generating ( 2020 ) the measuring signal ( 152 ) by taking a difference from the first detector signal ( 130 ) and the second detector signal ( 132 ) is produced.

Procedure ( 2100 ) for producing a Fabry-Pérot interferometer unit ( 100 ), the process ( 2100 ) comprises the following steps: arranging ( 2110 ) of a first mirror element ( 102 ) relative to a second mirror element ( 104 ) to an optical resonator ( 106 ) with a first measuring channel of the Fabry-Pérot interferometer unit ( 100 ) associated first light path ( 108 ) and a second measuring channel of the Fabry-Pérot interferometer unit ( 100 ) associated second light path ( 110 ) to build; and introduction ( 2120 ) at least one plasmonic filter element ( 112 ) in the first light path ( 108 ), so that the plasmonic filter element ( 112 ) outside the second light path ( 110 ) is arranged.

Contraption ( 150 ) with units ( 1910 . 1920 ), which are adapted to the process ( 2000 ) according to claim 9 or 10 and / or the method ( 2100 ) according to claim 11 and / or to control.

Computer program that is adapted to the procedure ( 2000 ) according to claim 9 or 10 and / or the method ( 2100 ) according to claim 11 and / or to control.

A machine readable storage medium storing the computer program of claim 13.