DE10328314A1

DE10328314A1 - Arrangement for producing beams with variable phase relationships has diffractive delay generator with diffractive optical elements with which any phase difference between sub-beams can be achieved

Info

Publication number: DE10328314A1
Application number: DE10328314A
Authority: DE
Inventors: Jan-Hendrik Klein-Wiele
Original assignee: Laser Laboratorium Goettingen eV
Current assignee: Laser Laboratorium Goettingen eV
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2004-11-25

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Strahlen mit variierbaren Phasenbeziehungen, bei der eine von einer Strahlungsquelle ausgehende Welle mit Hilfe einer Strahlteilungsanordnung in mehrere Teilstrahlen aufteilbar ist, wobei die Strahlteilungsanordnung als ein Diffraktiver-Delay-Generator ausgebildet ist, der mindestens zwei, als Strahlteiler ausgebildete, hintereinandergeschaltete diffraktive optische Elemente aufweist, mittels derer, durch Variieren ihres Abstandes zueinander, beliebig vorgebbare Phasenunterschiede zwischen ausgewählten, den Diffraktiven-Delay-Generator passierten, Teilstrahlen, stufenlos einstellbar sind.contraption and method for generating beams with variable phase relationships, with the help of a wave emanating from a radiation source a beam splitting arrangement can be divided into several partial beams is, the beam splitting arrangement as a diffractive delay generator is formed, the at least two, designed as a beam splitter, has cascaded diffractive optical elements, by means of which, by varying their distance from one another, arbitrarily Predeterminable phase differences between selected, the diffractive delay generator passed, partial beams, are continuously adjustable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strahlen mit variierbaren Phasenbeziehungen, bei der eine von einer Strahlungsquelle ausgehende Welle mit Hilfe einer Strahlteilungsanordnung in mehrere Teilstrahlen aufteilbar ist.The The invention relates to a device for generating beams with variable phase relationships, one from a radiation source outgoing wave with the help of a beam splitting arrangement in several Partial beams can be split.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Strahlen mit variierbaren Phasenbeziehungen, bei dem eine von einer Strahlungsquelle ausgehende Welle mit Hilfe einer Strahlteilungsanordnung in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt wird.The The invention further relates to a method for generating rays with variable phase relationships, one from a radiation source outgoing wave with the help of a beam splitting arrangement in several Partial beams is split.

Phasenbeziehungen von Strahlen werden in weiten Bereichen von Wissenschaft und Technik genutzt, bei denen durch die Wechselwirkung mehrerer Strahlen untereinander (Interferenzmethoden) und/oder mit einem Medium (Materiewechselwirkungen) bestimmte Strahlungseigenschaften erzielt und angewandt werden sollen. Laseranwendungen spielen dabei durch ihre kohärenten und monochromatischen Strahlungseigenschaften eine übergeordnete Rolle. In der Materialbearbeitung werden Laserstrahlvorrichtungen beispielsweise in der interferometrischen Lithographie, bzw. interferometrischen Ablation, z.B. zur Erzeugung zweidimensionaler und dreidimensionaler photonischer Kristalle (Mikrostrukturen mit periodisch moduliertem Brechungsindex) oder spezieller Oberflächenstrukturen für Antireflexschichten, in der Werkzeugtechnik, Beleuchtungstechnik und Mikromechanik (Reibungsflächen) oder zur Erzeugung von optischen (holographischen) Sicherheitsmerkmalen eingesetzt. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die zeitaufgelöste Spektroskopie, z.B. Pump-Probe-Messungen, Pump-Probe-Laserchemie oder die Erzeugung intensiver stehender Wellenfelder zur Manipulation „freier" Materie (z.B. kalte Atome).phase relationships of rays are used in wide areas of science and technology used in which by the interaction of several rays with each other (Interference methods) and / or with a medium (matter interactions) certain radiation properties are to be achieved and used. Laser applications play through their coherent and monochromatic Radiation properties a parent Role. Laser beam devices are used in material processing for example in interferometric lithography or interferometric Ablation, e.g. to create two-dimensional and three-dimensional photonic crystals (microstructures with periodically modulated Refractive index) or special surface structures for anti-reflective coatings, in tool technology, lighting technology and micromechanics (friction surfaces) or for the generation of optical (holographic) security features used. Another area of application is time-resolved spectroscopy, e.g. Pump-probe measurements, pump-probe laser chemistry or generation more intense standing wave fields for manipulating "free" matter (e.g. cold Atoms).

Zunehmend werden als Strahlungsquellen UV- und/oder Kurzpulslaser eingesetzt. Insbesondere Ultrakurzpulslaser mit Pulsdauern von einigen fs (Femtosekunden) bis einigen ps (Pikosekunden) besitzen ein breites Anwendungsgebiet in Forschung und Industrie. Es ist absehbar, dass sie in vielen Laseranwendungen zukünftig herkömmliche Lasersysteme ersetzten werden und der Bedarf an Kurzpulsstrahlquellen erheblich steigen wird. In der Entwicklung von Laserquellen geht der Trend zu immer kürzeren Pulsen (momentan bereits as (Attosekunden)) und vor allem zu kürzeren Wellenlängen (einige nm (Nanometer)), um z.B. immer kleinere, gut definierte Strukturen herstellen zu können. Gleichzeitig werden Kompaktheit, Einfachheit und Zuverlässigkeit immer wichtiger. Auch die Entwicklung von Materiewellen-Lasern ist schon im Gang und wird in Zukunft neue interessante Anwendungsfelder eröffnen. Materiewellen (z.B. He-Atomstrahlen) eignen sich sehr gut für die spektroskopische Analyse besonders empfindlicher oder spezieller Oberflächen. Atomstrahllaser könnten interessante Anwendungsgebiete in der Erzeugung „neuer" Materialstrukturen eröffnen. Es ist absehbar, dass die Anzahl und Komplexität dieser Anwendungen in Zukunft steigen wird. Vor allem im Bereich der Materialbearbeitung mittels interferometrischer Lithographie bzw. Ablation ist das Potential im Hinblick auf die Erzeugung komplexer, großflächiger 2-D bzw. 3-D Strukturen sehr groß. Ähnliches gilt für die Erzeugung neuartig strukturierter Schichtsysteme mittels „Atomstrahl-Interferometrie". Sollen für diese Anwendungen Lasersysteme mit extrem kurzer Pulsdauer und extrem kurzer Wellenlänge oder sogar Materiestrahlung eingesetzt werden, so erfordert dies den Einsatz bzw. die Entwicklung neuartiger optischer Komponenten und Verfahren.Increasingly are used as radiation sources UV and / or short pulse lasers. In particular, ultrashort pulse lasers with pulse durations of a few fs (femtoseconds) up to a few ps (picoseconds) have a wide range of applications in research and industry. It is foreseeable that in many Laser applications in the future conventional Laser systems will be replaced and the need for short pulse beam sources will increase significantly. In the development of laser sources goes the trend towards ever shorter ones Pulses (currently already as (attoseconds)) and above all to shorter wavelengths (some nm (nanometers)) to e.g. ever smaller, well-defined structures to be able to manufacture. At the same time, compactness, simplicity and reliability increasingly important. The development of matter wave lasers is also is already in progress and will have new and interesting fields of application in future open. Matter waves (e.g. He atomic beams) are very suitable for spectroscopic Analysis of particularly sensitive or special surfaces. Atom beam lasers could be interesting Open up areas of application in the production of "new" material structures it is foreseeable that the number and complexity of these applications in the future will rise. Especially in the field of material processing using Interferometric lithography or ablation is the potential with regard to the creation of complex, large-area 2-D or 3-D structures very large. something similar applies to the generation of new structured layer systems by means of "atomic beam interferometry" Applications Laser systems with extremely short pulse duration and extreme short wavelength or even matter radiation are used, so this requires the use or development of new optical components and procedures.

Aufgrund der hohen Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GVD) extrem kurzer Pulse, sowie der starken Absorption kurzwelliger Strahlung, dürfen die Strahlen auf dem Weg zu einer Probe nur wenig oder gar keine (im Fall fast aller Arten Materiestrahlung) Materie durchlaufen. Die kleine Kohärenzlänge sehr kurzer Laserpulse und eine kurze Wellenlänge verlangen im Fall interferometrischer Anwendungen möglichst kurze und exakt kontrollierbare Strahlwege nach der Aufteilung des Ausgangsstrahls in Teilstrahlen, sowie eine extrem hohe Schwingungsstabilität der eingesetzten optischen Verzögerungsstrecken. Der optische Aufbau sollte zudem möglichst einfach und kompakt sein. Diese Anforderungen können mit den bisher existierenden Methoden nur schwer oder gar nicht erfüllt werden.by virtue of the high group velocity dispersion (GVD) extremely short Pulse, as well as the strong absorption of short-wave radiation, the Radiate little or no radiation on the way to a sample (in Case of almost all types of radiation). The small coherence length very short laser pulses and a short wavelength require in the case of interferometric Applications if possible short and precisely controllable beam paths after splitting the Output beam in partial beams, as well as an extremely high vibration stability of the used optical delay lines. The optical structure should also be as simple and compact as possible his. These requirements can with the existing methods only with difficulty or not at all Fulfills become.

Zur Erzeugung von Strahlen mit bestimmten Gangunterschieden, bzw. den daraus folgenden Phasenunterschieden ist bisher eine Vorgehensweise in zwei Schritten üblich. In einem ersten Schritt wird ein Ausgangsstrahl in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt und in einem anschließenden zweiten Schritt wird ein definierter Gangunterschied mit Hilfe einer optischen Verzögerungsstrecke zwischen den Teilstrahlen eingestellt. Beispielhaft für derartige Vorrichtungen bzw. Verfahren seinen die DE 196 52 113 A1 (Echtzeitinterferometer), WO 96/17221 (Phase Shifting Diffraktion Interferometer), US 6 249 351 B1 (Grazing Incidence Interferometer) und die DE 101 21 499 A1 (Vorrichtung zur optischen Spektroskopie und optischen Sensorik) genannt.Up to now, a procedure in two steps has been customary for generating beams with certain path differences or the resulting phase differences. In a first step, an output beam is divided into several partial beams and in a subsequent second step a defined path difference is set using an optical delay path between the partial beams. Examples of such devices or methods are the DE 196 52 113 A1 (Real-time interferometer), WO 96/17221 (phase shifting diffraction interferometer), US 6 249 351 B1 (Grazing Incidence Interferometer) and the DE 101 21 499 A1 (Device for optical spectroscopy and optical sensors) called.

Für die Aufteilung des Ausgangsstrahls in Teilstrahlen werden reflektive oder refraktive Strahlteiler (z.B. halbdurchlässige Spiegel, Glasswürfel, dielektrische Schichten) oder diffraktive optische Elemente (im Folgenden sowohl für den Singular, als auch den Plural kurz als DOE bezeichnet), beispielsweise ein Liniengitter, verwendet.For the division of the output beam in partial beams become reflective or refractive Beam splitter (e.g. semi-transparent Mirror, glass cubes, dielectric layers) or diffractive optical elements (hereinafter as well as the singular, as well as the plural for short called DOE), for example a line grid, used.

Die optische Verzögerungsstrecke wird in der Regel mit einem Spiegelsystem oder durch Einführen von Materie mit verschiedener Brechzahl in die Teilstrahlen realisiert.The optical delay line is usually done with a mirror system or by inserting Realized matter with different refractive index in the partial beams.

Die bekannten Verfahren, bzw. Vorrichtungen, haben eine Reihe von Nachteilen:
Bei der Strahlaufteilung mit Hilfe von reflektiven oder refraktiven Strahlteilern besitzen die Teilstrahlen sehr unterschiedliche Ausbreitungsrichtungen und sind daher nicht so einfach wieder zu überlagern. Weiterhin sind sie aufgrund der Materie im Strahlengang ungeeignet für sehr kurze Pulse (Dispersion) und sehr kurze Wellenlängen bzw. Materiewellen (Absorption). Die sehr unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen und das asymmetrische Durchlaufen von Materie führen zu erheblichen Laufzeitunterschieden zwischen den Teilstrahlen, die im nachhinein durch aufwendige optische Verzögerungsstrecken wieder kompensiert werden müssen. Besser geeignet zur Strahlaufteilung von kurzwelliger, bzw. kurzpulsiger Strahlung sind diffraktive optische Elemente. Die Teilstrahlen besitzen hierbei sehr ähnliche Ausbreitungsrichtungen und sind daher einfacher wieder zu überlagern.The known methods and devices have a number of disadvantages:
In the case of beam splitting with the aid of reflective or refractive beam splitters, the partial beams have very different directions of propagation and are therefore not so easy to overlay again. Furthermore, due to the matter in the beam path, they are unsuitable for very short pulses (dispersion) and very short wavelengths or matter waves (absorption). The very different directions of propagation and the asymmetrical passage of matter lead to considerable runtime differences between the partial beams, which have to be compensated for later by complex optical delay lines. Diffractive optical elements are more suitable for beam splitting short-wave or short-pulse radiation. The partial beams have very similar directions of propagation and are therefore easier to overlay again.

Nachteilig bei den optischen Verzögerungsstrecken durch Spiegelsysteme wirkt sich aus, dass die Länge der „Verzögerungsarme" groß ist im Vergleich zu den oft gewünschten geringen Verzögerungen im ps oder fs-Bereich. Das hat zur Folge, dass der exakte Zeitüberlapp der Teilstrahlen nicht direkt (ohne Eichung) einstellbar ist. Zudem reagiert das System anfällig auf Störungen (Temperaturdrift, mechanische Schwingungen). Kleinste Laufzeitunterschiede, wie sie für eine Manipulation der Phasenbeziehung der Teilstrahlen innerhalb einer Schwingungsperiode der Träger Welle (z.B. bei 20 nm) nötig sind, lassen sich aufgrund der mangelnden mechanischen Stabilität nicht zuverlässig erzeugen. Die Strahlen müssen einzeln geführt werden, wenn sie gegenüber den anderen verzögert werden sollen. Dazu ist eine ausreichende Trennung der Teilstrahlen notwendig. Für sehr kurzwellige Strahlung (XUV-, γ-Bereich) oder für Materiewellen existieren keine geeigneten Spiegel. Die Reflexion an den Spiegeloberflächen kann das Strahlprofil negativ beeinflussen (Wellenfrontverzerrung durch Unebenheiten, „Hot Spots" durch Verunreinigungen). Das System ist optisch und mechanisch unhandlich. Es beinhaltet relativ viele Komponenten und kann daher nur schwer miniaturisiert werden. Nachteilig bei optischen Verzögerungsstrecken durch Einführen von Materie verschiedener Brechzahlen in die Teilstrahlen wirkt sich aus, dass sie wegen des Durchlaufens von Materie nur bedingt für sehr kurze Pulse und/oder sehr kurze Wellenlängen geeignet und gänzlich ungeeignet für fast alle Materiewellen (z.B. Schwerteilchenstrahlen) sind. Weiterhin wirkt sich nachteilig aus, dass im Fall von Festkörpern als optische Elemente mit unterschiedlicher Brechzahl, die Laufzeitunterschiede nur in Stufen und nicht kontinuierlich variiert werden können. Im Falle gasförmiger Medien ist das System sehr unhandlich und erfordert einen erhöhten Aufwand bei der Trennung der Teilstrahlen. Weiterhin kann die Materie im Strahl (vor allem bei Festkörpern) das Strahlprofil negativ beeinflussen. Dies äußert sich durch Wellenfrontverzerrungen und „Hot Spots" durch Inhomogenitäten oder nichtlineare Effekte aufgrund hoher Intensitäten, insbesondere bei Kurzpulsstrahlung.adversely in the optical delay lines mirror systems have the effect that the length of the "delay arms" is large compared to that often desired slight delays in the ps or fs range. As a result, the exact time overlap the partial beams cannot be set directly (without calibration). moreover the system is vulnerable for disturbances (Temperature drift, mechanical vibrations). Smallest runtime differences, like you for a manipulation of the phase relationship of the partial beams within an oscillation period of the beams Wave (e.g. at 20 nm) necessary due to the lack of mechanical stability reliable produce. The rays have to led individually when faced delayed the other should be. There is sufficient separation of the partial beams necessary. For very short-wave radiation (XUV, γ range) or for matter waves there are no suitable mirrors. The reflection on the mirror surfaces can affect the beam profile negatively (wavefront distortion due to Bumps, "Hot Spots "due to contamination). The system is visually and mechanically unwieldy. It contains relatively many components and can therefore only be miniaturized with difficulty become. A disadvantage of optical delay lines by introducing Matter of different refractive indices in the partial rays affects from that because of the passage of matter it is only conditionally for very short Pulse and / or very short wavelengths suitable and completely unsuitable for almost all matter waves (e.g. heavy particle beams) are. Farther has the disadvantage that in the case of solids as optical elements with different refractive index, the runtime differences can only be varied in stages and not continuously. in the Trap gaseous The system is very unwieldy of media and requires an increased effort the separation of the partial beams. Furthermore, the matter in the beam (especially with solids) negatively affect the beam profile. This is manifested by wavefront distortions and "Hot Spots "due to inhomogeneities or nonlinear effects due to high intensities, especially with short pulse radiation.

Zusammenfassend ergibt sich, dass die bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Einführung variabler Laufzeitunterschiede bzw. Phasenbeziehungen durchweg unhandlich und mechanisch störanfällig sind. Sie eignen sich nicht zur zuverlässigen Erzeugung von Laufwegunterschieden im Angström-Bereich oder darunter. Sie sind nicht für extrem kurze Pulse oder Wellenlängen bzw. Materiestrahlung geeignet. Es ist bisher kein Verfahren, bzw. keine Vorrichtung bekannt, das/die es erlaubt einen Laserstrahl oder einen Atomstrahl (Teilchenstrahl) in mehrere Teilstrahlen aufzuteilen und gleichzeitig die Phasenbeziehung der Teilstrahlen untereinander beliebig genau zu variieren ohne das die Strahlen ein Medium durchlaufen oder an einem Spiegelsystem reflektiert werden.In summary it follows that the previously known devices and methods introducing variable Runtime differences or phase relationships are always unwieldy and are mechanically prone to failure. They are not suitable for reliable Generation of path differences in the Angstrom area or below. she are not for extremely short pulses or wavelengths or matter radiation suitable. So far it is not a procedure or no device known that allows a laser beam or to split an atomic beam (particle beam) into several partial beams and at the same time the phase relationship of the partial beams with one another to vary as desired without the rays passing through a medium or reflected on a mirror system.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strahlen mit genau variierbaren Phasenbeziehungen zu schaffen, die für kurzwellige und/oder Kurzpulsstrahlung sowie für Materiewellen geeignet ist, und die die obigen Nachteile nicht aufweist.task The present invention is therefore an apparatus for producing to create rays with precisely variable phase relationships, the for short-wave and / or short-pulse radiation as well as for matter waves is suitable, and which does not have the above disadvantages.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Strahlteilungsanordnung als ein Diffraktiver-Delay-Generator ausgebildet ist, der mindestens zwei, als Strahlteiler ausgebildete, hintereinandergeschaltete diffraktive optische Elemente aufweist, mittels derer, durch Variieren ihres Abstandes zueinander, beliebig vorgebbare Phasenunterschiede zwischen ausgewählten, den Diffraktiven-Delay-Generator passierten, Teilstrahlen, stufenlos einstellbar sind.This object is achieved in connection with the preamble of claim 1 in that the beam splitting arrangement is designed as a diffractive delay generator which has at least two diffractive optical elements connected in series as beam splitters, by means of which, by varying their distance from one another, arbitrarily definable phase differences between selected, the Diffractive delay generator passed, partial beams that are infinitely adjustable.

Der erfindungsgemäße Diffraktive-Delay-Generator, kurz DDG, vereint die Teilung des Ausgangsstrahls mit der Erzeugung eines Laufzeitunterschiedes zwischen den Teilstrahlen. An den diffraktiven optischen Elementen, kurz DOE, werden jeweils gebeugte und nicht gebeugte Teilstrahlen erzeugt. Betrachtet man Paare von Teilstrahlen, bei denen der eine Teilstrahl nur an dem ersten DOE gebeugt wird und der andere Teilstrahl nur an dem zweiten DOE, so hängt deren Phasenunterschied nur vom Abstand der DOE ab. Makroskopische Abstandsänderungen erzeugen dabei mikroskopische Laufzeit- bzw. Phasenunterschiede.The diffractive delay generator according to the invention, DDG for short, combines the division of the output beam with the generation a transit time difference between the partial beams. On the diffractive optical elements, DOE for short, are each bent and not diffracted partial beams generated. If you look at pairs of partial beams, where one beam is only diffracted at the first DOE and the other beam is only on the second DOE, so it depends Phase difference only from the distance of the DOE. Macroscopic changes in distance generate microscopic runtime or phase differences.

Die Erzeugung von Laufzeitunterschieden zwischen den Teilstrahlen erfolgt somit ohne zusätzliche optische Verzögerungsstrecken. Die räumliche Trennung der Teilstrahlen zur Erzeugung eines Laufzeitunterschiedes ist nicht erforderlich. Die Vorrichtung gewährleistet bei geeigneter Optik einen exakten räumlichen und definierten zeitlichen Überlapp aller Strahlen. Der optische Aufbau ist daher sehr kompakt, automatisch interferometrisch stabil und zudem sehr variabel.The Generation of runtime differences between the partial beams takes place thus without additional optical Delay lines. The spatial Separation of the partial beams to generate a runtime difference not necessary. The device ensures with suitable optics an exact spatial and defined temporal overlap of all rays. The optical structure is therefore very compact, automatically interferometric stable and also very variable.

Zur experimentellen Realisierung genügen im einfachsten Fall zwei relativ zueinander bewegliche, transmittierende DOE. Grundsätzlich sind aber auch reflektive DOE, wie z.B. holographische Liniengitter, geeignet.to experimental realization are sufficient in the simplest case, two transmitting ones that are movable relative to each other DOE. in principle are also reflective DOEs, e.g. holographic line grids, suitable.

Im Prinzip sind viele verschiedene DOE in unterschiedlichen Anordnungen denkbar. Je nach benötigter Anzahl der Teilstrahlen steigt dabei die Komplexität und Anzahl der DOE. Sehr kleine Laufwegunterschiede, bzw. Phasenunterschiede sind sehr einfach und exakt zu realisieren. Die Vorrichtung ist grundsätzlich universell einsetzbar, unabhängig von der Art, Wellenlänge und Pulsdauer der Strahlung. Die Vorrichtung lässt sich in allen Anordnungen verwenden, in denen mehrere Teilstrahlen eines Laser- oder Materiestrahles zur Wechselwirkung gebracht werden, wobei die Laufzeit- bzw. Phasenunterschiede der Teilstrahlen sehr exakt variiert werden sollen.in the The principle is that there are many different DOEs in different arrangements conceivable. Depending on what is needed The complexity and number of partial beams increase the DOE. Very small differences in route, or phase differences are very easy and precise to implement. The device is in principle universally applicable, independent on the type, wavelength and pulse duration of the radiation. The device can be in all arrangements use in which several partial beams of a laser or material beam are brought to interaction, the transit time or phase differences the partial beams are to be varied very precisely.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 18 beschrieben.preferred embodiments the device according to the invention are in the subclaims 2 to 18 described.

Die Teilstrahlen können mit einem, dem Diffraktiver-Delay-Generator nachgeordneten, Selektor ausgewählt werden. Der Strahlselektor, beispielsweise eine einfache Blende, die Öffnungen für bestimmte Teilstrahlen aufweist, ermöglicht auf einfache Weise eine Auswahl der für eine nachgeordnete Anwendung vorgesehenen Strahlenpaare, die die über den Abstand der diffraktiven optischen Elemente eingestellten Phasenbeziehungen aufweisen. The Partial rays can can be selected with a selector downstream of the diffractive delay generator. The beam selector, for example a simple aperture, the openings for certain Has partial beams, allows easily a selection of those for a subordinate application provided pairs of rays covering the distance of the diffractive optical elements have set phase relationships.

Vorzugsweise können die ausgewählten Teilstrahlen anschließend mit einer geeigneten Fokussieroptik im Wechselwirkungsgebiet einer Anwendung überlagert werden. Dadurch wird eine Bestrahlung einer Anwendung mit einem genau definierten Energiefeld hoher räumlicher Auflösung ermöglicht.Preferably can the selected ones Sub-beams afterwards with suitable focusing optics in the interaction area of a Application overlaid become. Thereby, an application is irradiated with a precisely defined energy field with high spatial resolution.

Besonders vorteilhaft ist für den Fall, dass eine Maske gleichmäßig ausgeleuchtet und auf einer Oberfläche abgebildet werden soll, auch eine Kombination des Diffraktiven-Delay-Generators mit Maßnahmen zur Strahlhomogenisierung wie sie bereits früher von dem Laser-Laboratorium Göttingen e.V. vorgeschlagen worden sind.Especially is advantageous for the case that a mask is evenly illuminated and on a surface a combination of the diffractive delay generator with measures for beam homogenization as it used to be from the laser laboratory Göttingen e.V. have been proposed.

Die Vorrichtung lässt sich besonders vorteilhaft einsetzen, wenn die Laufwegunterschiede zwischen den Teilstrahlen, aufgrund einer sehr kurzen Pulsdauer oder einer kurzen Wellenlänge (bei interferometrischen Anwendungen) im nm-Bereich oder darunter, variiert werden müssen. Insbesondere beim Einsatz von UV-Ultrakurzpulslasern ist, im Gegensatz zu den bisher bekannten Vorrichtungen, eine exakte Phaseneinstellung möglich. Die Auswahl der DOE, die Wahl der Teilstrahlen und die Art der Fokussieroptik hängt dabei von der jeweiligen Strahlungsart und dem Anwendungszweck ab.The Device leaves be particularly advantageous if the route differences between the partial beams due to a very short pulse duration or a short wavelength (in interferometric applications) in the nm range or below, must be varied. In contrast, especially when using UV ultrashort pulse lasers to the previously known devices, an exact phase adjustment possible. The Selection of the DOE, the selection of the partial beams and the type of focusing optics depends on it depending on the type of radiation and the application.

Im Fall freitragender DOE ist die Vorrichtung auch für Materiestrahlung geeignet. Die freitragenden DOE können als Li niengitter ausgebildet sein, die als eine trägerfreie Gitterstruktur ausgebildet sind. Damit ergibt sich erstmals die Möglichkeit, interferierende Materiewellen, beispielsweise Atomstrahlen, mit genau definierbaren Phasenbeziehungen zu erzeugen. Als eine Anwendung für derartige Wellen kommt die Interferometrie mit Materiestrahlung, z.B. zur Herstellung bestimmter zweidimensionaler oder dreidimensionaler Strukturen aus aufgedampften Atomen (das Interferenzmuster befindet sich dabei auf einer Substratoberfläche) in Betracht. Denkbar sind auch Quantenexperimente, die auf der Interferenz mehrerer Materiestrahlen beruhen.in the In the case of self-supporting DOE, the device is also for material radiation suitable. The self-supporting DOE can be designed as a line grid be that as a strapless Grid structure are formed. This is the first time that Possibility, interfering matter waves, for example atomic rays, with generate precisely definable phase relationships. As an application for such Interferometry comes with waves of matter, e.g. to Manufacturing certain two-dimensional or three-dimensional Structures made of evaporated atoms (the interference pattern is located on a substrate surface). Are conceivable also quantum experiments based on the interference of several matter rays based.

Die DOE können auf einer Verstellvorrichtung verstellbar gelagert sein, mittels derer sie mindestens in Richtung der optischen Achse translatorisch relativ zueinander verstellbar sind. Dadurch kann auf besonders einfache weise der Abstand der DOE variiert, bzw. eingestellt werden. Als Verstellvorrichtungen können preisgünstige Translatortische verwendet werden, da makroskopische Änderungen im Abstand der DOE, mikroskopische Änderungen der Laufwegunterschiede erzeugen. Die Phasenbeziehung kann so sehr exakt eingestellt werden. Aufwendige Piezo-Translatoren, wie sie sonst in optischen Verzögerungsstrecken mit interferometrischer Stabilität verwendet werden, sind nicht erforderlich, was sich kostengünstig auswirkt. Durch Verkippen der DOE gegeneinander lassen sich Phasenverschiebungen zwischen weiteren Teilstrahlen einführen. Möglich ist auch ein Aufteilen insbesondere des zweiten DOE (im Falle zweier hintereinandergeschalteter DOE), so dass nur bestimmte Strahlen das DOE durchlaufen. Diese Möglichkeit ist vor allem für freitragende DOE interessant. Alternativ könnte im Fall sichtbarer Strahlung die DOE Maske an bestimmten Stellen des Trägermaterials entfernt werden, wenn an diesen Stellen Strahlen ungestört hindurchtreten sollen. So können unerwünschte (interne) Laufzeitunterschiede innerhalb der DOE durch fehlendes Trägermaterial vermieden werden.The DOE can be adjustably mounted on an adjusting device, by means of which they translate at least in the direction of the optical axis are adjustable relative to each other. This can be particularly simple the distance of the DOE varies or can be set. As Adjustment devices can affordable Translator tables are used because of macroscopic changes at a distance of the DOE, microscopic changes in the path differences produce. The phase relationship can thus be set very precisely. Elaborate piezo translators, as they are usually found in optical delay lines with interferometric stability are used are not required, which has a cost-effective effect. By shifting the DOE towards each other, phase shifts can be made insert between further beams. Splitting is also possible especially the second DOE (in the case of two DOEs connected in series), so that only certain rays pass through the DOE. This possibility is especially for unsupported DOE interesting. Alternatively, in the case of visible radiation the DOE mask is removed at certain points on the carrier material, if rays should pass undisturbed at these points. So can undesirable (Internal) runtime differences within the DOE due to missing support material be avoided.

Im Falle von Liniengittern können die Liniengittern verdreht zueinander angeordnet sein, so dass die Ausrichtung der Gitterlinien der Liniengitter einen Verdrehwinkel aufweisen. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, aus zwei gekreuzt aufgestellten transmittierenden Liniengittern, so dass die Gitterlinien des ersten Gitters in einer y-Richtung vertikal und die Gitterlinien des zweiten Gitters in einer x-Richtung horizontal innerhalb eines kartesischen (xyz)-Koordinatensystems ausgerichtet sind, wobei die optische Achse des DDG dann in der z-Richtung steht. Die gekreuzte Aufstellung der Gitter ermöglicht eine besonders einfache Trennung mehrerer ausgewählter Strahlenpaare. Die Liniengitter können dabei eine identische Anzahl von Gitterlinien (Strichzahl) oder unterschiedliche Strichzahlen aufweisen, um bestimmte Beugungswinkel oder Beugungsordnungen zu erzeugen.in the Case of line gratings can the line gratings must be rotated relative to each other so that the alignment the grid lines of the line gratings have an angle of twist. An embodiment of two crossed is particularly advantageous put up transmitting line gratings so that the grid lines of the first grid in a y-direction vertical and the grid lines of the second grid in an x direction are aligned horizontally within a Cartesian (xyz) coordinate system, the optical axis of the DDG is then in the z-direction. The crossed grid arrangement makes it particularly easy Separation of several selected Beam pairs. The line grids can be identical Number of grid lines (number of lines) or different number of lines to have certain diffraction angles or diffraction orders produce.

Stehen bei einem in einer Schichtbauweise ausgebildeten DOE die DOE Schichten im direkten Kontakt miteinander, so ist der (interne) Gangunterschied zwischen den Teilstrahlen vernachlässigbar. Dadurch liefert die Vorrichtung ohne Eichung direkt absolute Gangunterschiede.Stand in a layered DOE, the DOE layers in direct contact with each other is the (internal) path difference between the partial beams negligible. The Device without calibration directly absolute path differences.

Die bekannten Verfahren zur Erzeugung von Strahlen mit variierbaren Phasenbeziehungen haben die oben beschriebenen Nachteile.The known methods for generating beams with variable Phase relationships have the disadvantages described above.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zu entwickeln mit dem exakte, kontinuierlich variierbare, Phasenbeziehungen zwischen Teilstrahlen, insbesondere von Kurzpuls- und/oder kurzwelligen Lichtquellen und/oder Materiewellen, einstellbar sind.Further The object of the present invention is therefore a method develop with the exact, continuously variable, phase relationships between partial beams, especially short-pulse and / or short-wave ones Light sources and / or matter waves are adjustable.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 19 dadurch gelöst, dass, durch Variieren der Abstände hintereinandergeschalteter diffraktiver optischer Elemente eines die Strahlteilungsanordnung bildenden Diffraktiven-Delay-Generators, ein vorgegebener Phasenunterschied zwischen ausgewählten Teilstrahlen, die an unterschiedlichen diffraktiven optischen Elementen des Diffraktiven-Delay-Generators erzeugt wurden, eingestellt wird.This Task is in connection with the preamble of claim 19 solved by that, by varying the distances cascaded diffractive optical elements one the diffractive delay generator forming the beam splitting arrangement, a predetermined phase difference between selected partial beams, on different diffractive optical elements of the diffractive delay generator generated, is set.

Durch die Variation der Abstände der DOE kann auf einfache Weise ein exakter, kontinuierlich variierbarer Phasenunterschied zwischen den ausgewählten Teilstrahlen eingestellt werden.By the variation of the distances the DOE can easily be an exact, continuously variable Phase difference between the selected partial beams become.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 20 bis 22 beschrieben.preferred embodiments of the method according to the invention are in the subclaims 20 to 22 described.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in einem aus zwei transmittierenden Liniengittern bestehenden Diffraktiven-Delay-Generator ein Strahlenpaar (S1, S2) mit dem Phasenunterschied Δϕ aus einem ersten Teilstrahl S1 und einem zweiten Teilstrahl S2 einer Wellenfront S0 gebildet, bei dem der erste Teilstrahl S1 aus einem, an dem ersten Liniengitter gebeugten und das zweite Liniengitter ungebeugt transmittierten Strahlteil besteht, und bei dem der zweite Teilstrahl S2, aus einem das erste Liniengitter ungebeugt transmittierten und an dem zweiten Liniengitter gebeugten Strahlteil besteht.According to one preferred embodiment the invention is in one of two transmitting line gratings existing diffractive delay generator a pair of rays (S1, S2) with the phase difference Δϕ a first partial beam S1 and a second partial beam S2 Wavefront S0 is formed, in which the first partial beam S1 consists of a bent at the first line grid and the second line grid diffracted transmitted beam part exists, and in which the second Partial beam S2, from which the first line grating is transmitted without diffraction and on the second line grating diffracted beam part.

Die exakte Einstellung einer Phasenbeziehung zwischen zwei Teilstrahlen geschieht im einfachsten Fall mit zwei hintereinandergeschalteten, d.h. hintereinander im Abstand angeordneten, die Strahlung transmittierenden, DOE. Im ersten DOE wird ein von der Strahlungsquelle ausgehender Eingangsstrahl in mehrere Teilstrahlen mit unterschiedlichen Ausbreitungsrichtungen (unterschiedliche Beugungswinkel) geteilt. Diese Strahlen treffen auf das zweite DOE und erzeugen hier jeweils neue Teilstrahlen mit anderen Ausbreitungsrichtungen. Strah len, die im ersten DOE unter unterschiedlichen Beugungswinkeln erzeugt wurden, legen bis zum zweiten DOE unterschiedlich lange Strecken zurück, treffen hier also zu verschiedenen Zeiten ein. Betrachtet man das zweite DOE als neue „Quelle" der Strahlung, so emittiert diese „Quelle" verschiedene Strahlen zu unterschiedlichen Zeiten. Die „Entstehungszeitpunkte" der Teilstrahlen hängen dabei nur vom Abstand zwischen dem ersten DOE und dem zweiten DOE ab. Verwendet man nun sowohl Strahlen, die im ersten DOE erzeugt wurden, als auch Strahlen, die im zweiten DOE erzeugt wurden, so lassen sich Strahlenpaare finden, die einen Gangunterschied , bzw. Phasenunterschied besitzen, der sich über den Abstand der beiden DOE exakt variieren lässt.In the simplest case, the exact setting of a phase relationship between two partial beams takes place with two DOEs connected in series, ie arranged one behind the other at a distance, which transmit the radiation. In the first DOE, an input beam originating from the radiation source is divided into several partial beams with different directions of propagation (different diffraction angles). These rays hit the second DOE and each create new partial rays with a different direction of propagation obligations. Beams that were generated in the first DOE at different diffraction angles cover distances of different lengths up to the second DOE, so they arrive here at different times. If one considers the second DOE as a new "source" of radiation, this "source" emits different rays at different times. The "times of origin" of the partial beams only depend on the distance between the first DOE and the second DOE. If both beams that were generated in the first DOE and beams that were generated in the second DOE are now used, beam pairs can be found that have a path difference or phase difference that can be varied exactly over the distance between the two DOEs.

Der Phasenunterschied Δϕ des ausgewählten Strahlenpaares (S1, S2) lässt sich bei zwei transmittierenden Liniengittern auf besonders einfache Weise aus der Gleichung Δϕ = k·ΔL,mit

Wellenvektor, λ: Wellenlänge der Strahlung in nm,

Laufwegunterschied der Teilstrahlen in nm,
D: Abstand der Gitter in nm, α = arcsinλ·N·10^–6: Beugungswinkel,
und N: Anzahl der Gitterperioden pro mm, bestimmen.The phase difference Δϕ of the selected pair of rays (S1, S2) can be obtained in a particularly simple manner from the equation in the case of two transmitting line gratings Δϕ = k · ΔL, With

Wave vector, λ: wavelength of the radiation in nm,

Path difference of the partial beams in nm,
D: distance between the gratings in nm, α = arcsinλ · N · 10 ^–6 : diffraction angle,
and N: determine the number of grating periods per mm.

Neben der Einstellung definierter Phasenbeziehungen können auch die Energien der Einzelstrahlen variiert werden. Dazu werden die Beugungseffizienzen, d.h. die Teilungseigenschaften, der diffraktiven optischen Elemente ausgenutzt. Unter Beugungseffizienz wird dabei das Verhältnis der Strahlungsintensität in einem vorgegebenen Gebiet zur gesamten durch das DOE transmittierten Intensität verstanden. Damit ist es möglich, ein bestimmtes Verhältnis der Strahlenergien einzustellen. Je nach benötigtem Verhältnis der Strahlungsenergien zwischen den ausgewählten Teilstrahlen lassen sich verschie den starke Beugungsordnungen auswählen. Somit ist es möglich, entweder allein durch die Einstellung der Phasenbeziehungen oder unter Hinzuziehung der Strahlungsenergieverhältnisse bestimmte Intensitätsverteilungen einer Anwendung, beispielsweise einer zu bearbeitenden Oberfläche, zuzuführen.Next The setting of defined phase relationships can also affect the energies of the Individual rays can be varied. The diffraction efficiencies, i.e. the division properties of the diffractive optical elements exploited. Diffraction efficiency is the ratio of radiation intensity in a given area to the total transmitted by the DOE intensity Roger that. It is possible a certain relationship of the radiation energies. Depending on the required ratio of the radiation energies between the selected ones Partial beams can be selected with different strong diffraction orders. Consequently Is it possible, either just by adjusting the phase relationships or taking into account the radiation energy ratios, certain intensity distributions an application, for example a surface to be processed.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.Further Details of the invention emerge from the following detailed Description and the attached Drawings in which preferred embodiments of the invention for example are illustrated.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Erzeugung von Strahlen mit variierbaren Phasenbeziehungen mit einem Diffraktiven-Delay-Generator (DDG), 1 : a schematic view of a device for generating beams with variable phase relationships with a diffractive delay generator (DDG),

2: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur großflächigen Erzeugung variabler dreidimensionaler Strukturen auf einer Festkörperoberfläche mittels einer Laserbestrahlung unter Einsatz des Diffraktiven-Delay-Generators, 2 a schematic representation of a device for the large-scale generation of variable three-dimensional structures on a solid body surface by means of laser radiation using the diffractive delay generator,

3: die Laserbestrahlung auf die Festkörperoberfläche im Detail, 3 : the laser radiation on the solid surface in detail,

4: eine mittels des DDG erzeugte Oberflächenstruktur auf einer Kapton-Oberfläche im Vergleich von Simulation und Messung, 4 : a surface structure generated by the DDG on a Kapton surface in comparison of simulation and measurement,

5: eine mittels des DDG erzeugte Oberflächenstruktur auf einer Edelstahl-Oberfläche im Vergleich von Simulation und Messung und 5 : a surface structure created by the DDG on a stainless steel surface in the comparison of simulation and measurement and

6: eine mittels des DDG erzeugte Oberflächenstruktur auf einer Kapton-Oberfläche mit einer zu 4 veränderten Strahlenkombination im Vergleich von Simulation und Messung. 6 : a surface structure created by the DDG on a Kapton surface with a to 4 changed beam combination in comparison of simulation and measurement.

Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strahlen mit variierbaren Phasenbeziehungen besteht im Wesentlichen aus einer Strahlungsquelle 4, einem Diffraktiven-Delay-Generator (DDG) 3 und einer Optik 5.A device for generating beams with variable phase relationships essentially consists of a radiation source 4 , a diffractive delay generator (DDG) 3 and optics 5 ,

1 zeigt einen Aufbau, in dem der DDG 3 aus zwei hintereinander angeordneten diffraktiven optischen Elementen (DOE) 1, 2, besteht. Beide DOE 1, 2, sind als jeweils identische, transmittierende Liniengitter ausgebildet. Die Gitterlinien des ersten Gitters 1 seien in y-Richtung ausgerichtet, die Linien des zweiten Gitters 2 seien in x-Richtung orientiert. Die optische Achse 12 der Anordnung verläuft in z-Richtung. Das erste Gitter 1 ist in Richtung der optischen Achse 12, bzw. in z-Richtung, verstellbar gelagert, so dass der Abstand D der beiden Gitter 1, 2 zueinander kontinuierlich verstellbar ist. Ein von der Strahlungsquelle 4 emittierter Eingangsstrahl SO wird durch das erste DOE 1 in der xz-Ebene in mehrere Teilstrahlen geteilt. Dargestellt ist der Teilstrahl S1 mit einem Beugungswinkel α relativ zur optischen Achse 12, sowie den in der optischen Achse 12 weiterlaufenden Teil von S0 (0. Beugungsordnung). Diese beiden Strahlen S1, S0 schließen den Winkel α ein. In der Ebene des zweiten DOE 2 im Abstand D von dem ersten DOE 1 ergibt sich dann ein Laufwegunterschied zwischen diesen beiden Strahlen von

bzw. mit der Geschwindigkeit v der Strahlung ein Zeitunterschied

Beide Strahlen S1, S0 treffen also zu unterschiedlichen Zeiten auf dem zweiten DOE 2 ein und erzeugen dort neue Teilstrahlen in der yz-Ebene un ter einem Beugungswinkel β. Betrachtet man nun den ungestört transmittierten Teil von S1 und einen Strahl S2, der im zweiten DOE 2 aus S0 entsteht, so besitzen diese beiden Strahlen S2, S0 eine feste Laufwegdifferenz, die nur vom Abstand der beiden DOE 1, 2 abhängt. Für den Fall zweier Transmissions-Liniengitter gilt sin(α) = λ·N·10^–6, mit λ: Wellenlänge der Strahlung in nm und N: Anzahl der Gitterperioden pro mm. Die Phasenverschiebung Δϕ zwischen den ausgewählten Ausgangsstrahlen S1, S2 ist dann:

Der Abstand D der DOE 1, 2 geht also linear in den Laufwegunterschied ΔL der Strahlen ein. 1 shows a structure in which the DDG 3 consisting of two diffractive optical elements (DOE) arranged one behind the other 1 . 2 , consists. Both DOE 1 . 2 , are designed as identical, transmitting line gratings. The grid lines of the first grid 1 be aligned in the y direction, the lines of the second grid 2 be oriented in the x direction. The optical axis 12 the arrangement runs in the z direction. The first grid 1 is in the direction of the optical axis 12 , or adjustable in the z-direction, so that the distance D between the two grids 1 . 2 is continuously adjustable to each other. One from the radiation source 4 input beam SO is emitted by the first DOE 1 divided into several partial beams in the xz plane. The partial beam S1 is shown with a diffraction angle α relative to the optical axis 12 , as well as that in the optical axis 12 ongoing part of S0 (0th diffraction order). These two beams S1, S0 enclose the angle α. At the level of the second DOE 2 at a distance D from the first DOE 1 there is then a path difference between these two beams of

or with the speed v of the radiation a time difference

Both beams S1, S0 thus hit the second DOE at different times 2 and generate new partial beams in the yz plane at a diffraction angle β. Now consider the undisturbed part of S1 and a beam S2 that is in the second DOE 2 arises from S0, these two beams S2, S0 have a fixed path difference, which is only dependent on the distance between the two DOEs 1 . 2 depends. In the case of two transmission line gratings, sin (α) = λ · N · 10 ^-6 applies, with λ: wavelength of the radiation in nm and N: number of grating periods per mm. The phase shift Δϕ between the selected output beams S1, S2 is then:

The distance D of the DOE 1 . 2 goes linearly into the path difference ΔL of the beams.

Der winkelabhängige Faktor

ist für übliche Beugungswinkel von < 1 Grad sehr klein, so dass eine starke Untersetzung stattfindet. Die führt dazu, dass relativ große Änderungen des Abstandes D zwischen den DOE 1, 2 sehr kleine Laufwegunterschiede ΔL erzeugen. Zur Verdeutlichung dient das folgende Zahlenbeispiel:
λ = 248 nm, N = 20 ⇒ α = 0.28°, v = c (Lichtgeschwindigkeit)

The angle-dependent factor

is very small for usual diffraction angles of <1 degree, so that a strong reduction takes place. This leads to relatively large changes in the distance D between the DOEs 1 . 2 generate very small path differences ΔL. The following numerical example serves to clarify:
λ = 248 nm, N = 20 ⇒ α = 0.28 °, v = c (speed of light)

Man erkennt deutlich, dass makroskopische Änderungen im Abstand D der DOE 1, 2, wie sie mit preisgünstigen Translatortischen realisiert werden können, mikroskopische Änderungen der Laufwegunterschiede ΔL erzeugen. Die Phasenbeziehung Δϕ zwischen den Strahlen kann so sehr exakt eingestellt werden.One can clearly see that macroscopic changes in the distance D of the DOE 1 . 2 how they can be realized with inexpensive translator tables, generate microscopic changes in the travel path differences ΔL. The phase relationship Δϕ between the beams can thus be set very precisely.

Dem DDG 3 ist die Optik 5, vorteilhaft als eine Fokussieroptik ausgebildet, nachgelagert, durch die die ausgewählten Strahlen S1, S2 in einer Wechselwirkungszone 6 überlagert werden. Zwischen dem DDG 3 und der Optik 5 kann noch ein (in 2 dargestellter) Strahlselektor 9 zur Auswahl bestimmter Teilstrahlen S_i angeordnet sein.The DDG 3 is the optics 5 , advantageously designed as a focusing optics, downstream, through which the selected beams S1, S2 in an interaction zone 6 be overlaid. Between the DDG 3 and the optics 5 can another (in 2 shown) beam selector 9 be arranged to select certain partial beams S _i .

Im Folgenden wird der Einsatz der Vorrichtung in einem konkreten Aufbau vorgestellt und das Potential der Vorrichtung an einigen Beispielen demonstriert.in the The following is the use of the device in a concrete structure presented and the potential of the device with some examples demonstrated.

2 zeigt eine Vorrichtung zur großflächigen Erzeugung variabler dreidimensionaler Strukturen auf Festkörperoberflächen mittels Laser-Bestrahlung unter Einsatz des Diffraktiven-Delay-Generators 3. 2 shows a device for the large-scale generation of variable three-dimensional structures on solid surfaces by means of laser radiation using the diffractive delay generator 3 ,

Die Vorrichtung eignet sich für alle Lasertypen, ist aber insbesondere für Ultrakurzpulslaser interessant. Diese Laser haben eine kurze Kohärenzlänge, so dass es mit bisher bekannten Methoden sehr schwierig ist, einen optimalen Pulsüberlapp auf der Probenoberfläche und gleichzeitig eine sehr exakte, kontinuierlich veränderbare Phasenkontrolle zu erreichen. Die vorgestellte Vorrichtung erreicht beides sehr präzise und zuverlässig mit sehr einfachen Mitteln.The Device is suitable for all laser types, but is particularly interesting for ultrashort pulse lasers. These lasers have a short coherence length, so that it is very difficult to find one with methods known to date optimal pulse overlap on the sample surface and at the same time a very exact, continuously changeable To achieve phase control. The device presented reached both very precise and reliable with very simple means.

Die Vorrichtung eignet sich bei geeigneter Wahl der DOE, der Teilstrahlen und der Optik auch für andere Anwendungen, wie z.B. Pump-Probe-Messungen mit einer Zeitauflösung im fs-Bereich, Autokorrelationsmessungen von extrem kurzen Pulsen (fs-Bereich oder darunter), Erzeugung dreidimensionaler Strukturen (z.B. photonische Kristalle) in transparenten Medien, etc..The The device is suitable if the DOE, the partial beams, is selected appropriately and optics for other applications such as Pump probe measurements with a time resolution in fs range, autocorrelation measurements of extremely short pulses (fs range or below), three-dimensional generation Structures (e.g. photonic crystals) in transparent media, Etc..

Der Laserstrahl SO durchläuft die DDG-Einheit und wird in verschiedene Teilstrahlen S_n geteilt. Dicht hinter dem DDG 3 befindet sich eine Maske 7 mit einem Durchmesser 8, der deutlich unterhalb des Strahldurchmessers (bei Betrachtung der Gesamtheit aller Teilstrahlen) an dieser Stelle liegt. Die Maske 7 wird von allen im weiteren interessierenden Teilstrahlen vollständig ausgeleuchtet. (Aufgrund der geringen Beugungswinkel und des geringen Abstandes D der DOE, sind die Teilstrahlen S_n am Ort der Maske 7 kaum voneinander getrennt, so dass die gleichmäßige Ausleuchtung der Maske 7 mit den interessierenden Teilstrahlen unproblematisch ist). Nachfolgend wird die Maske 7 mit einer geeigneten Optik 5 (z. B. ein Reflektionsobjektiv) verkleinert auf eine Probenoberfläche 11 einer Probe 10 abgebildet.The laser beam SO passes through the DDG unit and is divided into different partial beams S _n . Close behind the DDG 3 there is a mask 7 with a diameter 8th , which is clearly below the beam diameter (when considering the totality of all partial beams) at this point. The mask 7 is completely illuminated by all partial beams that are of further interest. (Due to the small diffraction angle and the small distance D of the DOE, the partial beams S _{n are} at the location of the mask 7 hardly separated from each other, so that the uniform illumination of the mask 7 is unproblematic with the partial beams of interest). Below is the mask 7 with a suitable optic 5 (e.g. a reflection lens) reduced to a sample surface 11 a sample 10 displayed.

Der Abbildungsmaßstab wird so gewählt, dass die Teilstrahlen S_n vor der Abbildungsoptik 5 getrennt sind. Hier befindet sich der Strahlselektor 9, der nur ausgewählte Teilstrahlen S_i passieren lässt.The imaging scale is chosen so that the partial beams S _{n in} front of the imaging optics 5 are separated. The beam selector is located here 9 , which only allows selected partial beams S _{i to} pass.

In der Bildebene 11 der Abbildungsoptik 5 (auf der Probenoberfläche) interferieren alle selektierten Teilstrahlen S_i miteinander und erzeugen dort die gewünschte Intensitätsverteilung. Diese führt bei ausreichender Bestrahlungsstärke zu einer entsprechenden Strukturierung der Probenoberfläche 11.In the image plane 11 the imaging optics 5 (on the sample surface) all selected partial beams S _i interfere with each other and generate the desired intensity distribution there. With sufficient irradiance, this leads to a corresponding structuring of the sample surface 11 ,

Die Form der erzeugten Strukturen lässt sich über die Selektion verschiedener Teilstrahlen, über die Variation der Phase ϕ der Teilstrahlen, der Fluenz F auf der Probenoberfläche sowie der Bestrahlungsdosis (bzw. der Schusszahl) vielfältig ändern. Insbesondere ist die Möglichkeit gegeben, allein durch die Variation der Phasendifferenz Δϕ zwischen den Teilstrahlen unterschiedlichste Strukturen erzeugen zu können.The Form of the structures created yourself about the selection of different partial beams, by varying the phase ϕ of the Partial beams, the fluence F on the sample surface and the radiation dose (or the number of shots). In particular is the possibility given, solely by varying the phase difference Δϕ between to be able to generate different structures for the partial beams.

Ein Verfahren zur Erzeugung von Strahlen mit variierbaren Phasenbeziehungen beruht im Wesentlichen auf einer Variation der Abstände hintereinandergeschalteter diffraktiver optischer Elemente eines die Strahlteilungsanordnung bildenden Diffraktiven-Delay-Generators 3.A method for generating beams with variable phase relationships is essentially based on a variation of the spacings of diffractive optical elements connected in series of a diffractive delay generator forming the beam splitting arrangement 3 ,

Das Verfahren wird in einer bevorzugten Ausführungsform mit der in 2 dargestellten und oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt.The method is in a preferred embodiment with the in 2 shown and described above performed.

Die Situation auf der Probenoberfläche 11 ist schematisch in 3 dargestellt. Die Winkel θ_i, i = 1, 2, ..., der Teilstrahlen S_i zur Probenoberfläche 11 ergeben sich aus den entsprechenden Beugungswinkeln α_i der DOE 1, 2 und der (mittels der Optik 5) verwendeten Verkleinerung V zu: θ_i = V·α_i. Die Intensitätsverteilung auf der Probenoberfläche 11 berechnet sich wie folgt:
Gegeben seien die orts- und zeitabhängigen elektrischen Felder E_i Für die Intensitätsverteilung im Interferenzgebiet gilt dann: I = ⟨|E₁ + E₂ + E₃ + E₄ ... + E_n|²⟩, mit E_i = E_i(r →, t). Dabei bedeutet ⟨⟩ das zeitliche Mittel.The situation on the sample surface 11 is schematically in 3 shown. The angles θ _i , i = 1, 2, ..., of the partial beams S _i to the sample surface 11 result from the corresponding diffraction angles α _{i of} the DOE 1 . 2 and the (by means of optics 5 ) used reduction V to: θ _i = V · α _i . The intensity distribution on the sample surface 11 is calculated as follows:
Given the location and time-dependent electric fields E _i, the following applies to the intensity distribution in the interference area: I = ⟨| E ₁ + E ₂ + E ₃ + E ₄ ... + E _n | ^2⟩, with E _i = E _i (r →, t). Here ⟨⟩ means the time average.

Die nachfolgend betrachteten Fälle ergeben sich aus unterschiedlichen Kombinationen der folgenden elektrischen Felder: E11 = E0·cos[z·k·cos·(θ1) – x·k·sin(θ1) – ω·t + ϕ] E12 = E0·cos[z·k·cos·(θ1) – x·k·sin(θ1) – ω·t + ϕ] E21 = E0·cos[z·k·cos·(θ2) – y·k·sin(θ2) – ω·t] E22 = E0·cos[z·k·cos·(θ2) + y·k·sin(θ2) – ω·t],mit

Wellenvektor.The cases considered below result from different combinations of the following electrical fields: e 11 = E 0 * Cos [z * k * cos · (θ 1 ) - x · k · sin (θ 1 ) - ω · t + ϕ] e 12 = E 0 * Cos [z * k * cos · (θ 1 ) - x · k · sin (θ 1 ) - ω · t + ϕ] e 21 = E 0 * Cos [z * k * cos · (θ 2 ) - y · k · sin (θ 2 ) - ω · t] e 22 = E 0 * Cos [z * k * cos · (θ 2 ) + y · k · sin (θ 2 ) - ω · t], With

Wave vector.

Es handelt sich hier um vier Strahlen gleicher Energie. Je zwei Strahlen schließen denselben Winkel zur optischen Achse ein. Ein Strahlenpaar liegt dabei in der xz-Ebene, das andere in der yz-Ebene. Zwischen den Strahlen in der xz-Ebene und denen in der yz-Ebene kann mit dem DDG 3 ein Phasenunterschied Δϕ eingeführt werden.These are four rays of the same energy. Two beams form the same angle to the optical axis. One pair of rays lies in the xz plane, the other in the yz plane. Between the rays in the xz-plane and those in the yz-plane you can use the DDG 3 a phase difference Δϕ can be introduced.

Das Verfahren wird im Folgenden an einigen Beispielen demonstriert:
Zum Einsatz kam dabei als Strahlungsquelle 4 ein UV-Kurzpulslaser mit einer Wellenlänge von 248 nm und einer Pulsdauer von 500 fs. Der DDG 3 bestand aus zwei gekreuzt aufgestellten Transmissionsgittern 1, 2 mit identischen bzw. unterschiedlichen Strichzahlen (20 bzw. 28 Linien pro mm). Die Maske 7 (∅ 2mm) wurde mit einer, als ein Schwarzschildobjektiv ausgebildeten, Fokussieroptik 5, etwa 36-fach verkleinert auf die Probenoberfläche 11 abgebildet. Bearbeitet wurden Edelstahlproben und Proben aus Polyimid. Die erzeugten Strukturen wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) untersucht und mit simulierten Strukturen, die über die zu erwartende Intensitätsverteilung auf der Probenoberfläche 11 berechnet wurden, verglichen. Die Ergebnisse sind in den 4-6 dargestellt. Dargestellt sind 3D-Simulationen, sowie simulierte und berechnete SEM-Bilder. Die SEM-Bilder sind teilweise in verschiedenen Aufnahmewinkeln aufgenommen. Die Richtungsangaben entsprechen dem in 2 bzw. 3 dargestelltem xyz-Koordinatensystem.The process is demonstrated below using a few examples:
It was used as a radiation source 4 a UV short pulse laser with a wavelength of 248 nm and a pulse duration of 500 fs. The DDG 3 consisted of two crossed transmission grids 1 . 2 with identical or different line counts (20 or 28 lines per mm). The mask 7 (∅ 2mm) was made with a focusing optic designed as a Schwarzschild lens 5 , reduced about 36 times on the sample surface 11 displayed. Stainless steel samples and polyimide samples were processed. The generated structures were examined with a scanning electron microscope (SEM) and with simulated structures, which were based on the expected intensity distribution on the sample surface 11 were compared. The results are in the 4 - 6 shown. 3D simulations as well as simulated and calculated SEM images are shown. Some of the SEM images are taken at different angles. The directions correspond to that in 2 respectively. 3 represented xyz coordinate system.

Als ein erstes Ausführungsbeispiel (4) ist eine 4-Strahl-Interferenz, mit gleichen Winkelbeträgen unter folgenden Bedingungen durchgeführt worden:

– 2 Strahlen in der xz-Ebene,
– 2 Strahlen in der yz-Ebene,
– gleiche Einzelstrahlenergien,
– gleiche Winkelbeträge zur optischen Achse,
– Phasenverschiebung zwischen den Strahlen in der xz-Ebene und den Strahlen in der yz-Ebene.

As a first embodiment ( 4 ) 4-beam interference was carried out with the same angular amounts under the following conditions:

- 2 rays in the xz plane,
- 2 rays in the yz plane,
- same single beam energies,
- equal angular amounts to the optical axis,
- phase shift between the rays in the xz plane and the rays in the yz plane.

Die elektrischen Felder lauten für diesen Fall: E11 = E0·cos[z·k·cos·(θ) – x·k·sin(θ) – ω·t + ϕ] E12 = E0·cos[z·k·cos·(θ) + x·k·sin(θ) – ω·t + ϕ] E21 = E0·cos[z·k·cos·(θ) – y·k·sin(θ) – ω·t] E22 = E0·cos[z·k·cos·(θ) + y·k·sin(θ) – ω·t] The electrical fields in this case are: e 11 = E 0 · Cos [z · k · cos · (θ) - x · k · sin (θ) - ω · t + ϕ] e 12 = E 0 · Cos [z · k · cos · (θ) + x · k · sin (θ) - ω · t + ϕ] e 21 = E 0 · Cos [z · k · cos · (θ) - y · k · sin (θ) - ω · t] e 22 = E 0 · Cos [z · k · cos · (θ) + y · k · sin (θ) - ω · t]

Die stationäre Fluenzverteilung im Interferenzgebiet ist dann:

mit F_max = 4F₀ (mittlere Fluenz F₀).The stationary fluence distribution in the interference area is then:

with F _max = 4F ₀ (mean fluence F ₀ ).

Das Interferenzmuster zeigt eine kosinusförmige Abhängigkeit von der Phasenverschiebung Δϕ mit der Periode 2π.The Interference pattern shows a cosine dependence on the phase shift Δϕ with the Period 2π.

Durch geringfügige Änderungen der Phasenbeziehung Δϕ zwischen den Strahlenpaaren lassen sich die erzeugten Oberflächenstrukturen stark beeinflussen. Im Extremfall können in das Substrat entweder Mikrolöcher bzw. Mikrokavitäten gebohrt werden, oder eine Struktur aus einzelnstehenden Säulen erzeugt werden. Dazu ist lediglich eine Verschiebung des ersten DOE gegenüber dem zweiten von wenigen mm erforderlich.By minor changes the phase relationship Δϕ between The generated surface structures can be created using the beam pairs strongly influence. In extreme cases, either the substrate microholes or micro cavities be drilled, or a structure is created from single columns become. All that is required is a shift of the first DOE compared to the second of a few mm required.

In 4a sind berechnete und gemessene Oberflächenstrukturen auf Kapton (Polyimid) in Abhängigkeit der Phasenverschiebung zwischen den Strahlenpaaren gegenübergestellt. 4b zeigt zusätzlich eine Detailansicht für den Fall Δϕ = 0,5π.In 4a are compared and measured surface structures on Kapton (polyimide) depending on the phase shift between the pairs of rays. 4b additionally shows a detailed view for the case Δϕ = 0.5π.

Die Bestrahlung erfolgte im Einzelschuss mit einer Fluenz von F₀= 70mJ/cm². Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und real erzeugten Strukturen.The irradiation was carried out in a single shot with a fluence of F ₀ = 70mJ / cm ² . There is a good correspondence between simulation and real structures.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel (5) ist eine 4-Strahl-Interferenz, mit zwei unterschiedlichen Winkelbeträgen unter folgenden Bedingungen:

– 2 Strahlen in der xz-Ebene, 2 Strahlen in der yz-Ebene,
– gleicher Einzelstrahlenergien,
– unterschiedliche Winkelbeträge der Strahlenpaare zur optischen Achse,
– Phasenverschiebung zwischen den Strahlen in der xz-Ebene und den Strahlen in der yz-Ebene.

Another embodiment ( 5 ) is a 4-beam interference, with two different angular amounts under the following conditions:

- 2 rays in the xz plane, 2 rays in the yz plane,
- same single beam energies,
Different angular amounts of the pairs of rays to the optical axis,
- phase shift between the rays in the xz plane and the rays in the yz plane.

Die elektrischen Felder lauten für diesen Fall: E11 = E0·cos[z·k·cos·(θ1) – x·k·sin(θ1) – ω·t + ϕ] E12 = E0·cos[z·k·cos·(θ1) + x·k·sin(θ1) – ω·t + ϕ] E21 = E0·cos[z·k·cos·(θ2) – y·k·sin(θ2) – ω·t] E22 = E0·cos[z·k·cos·(θ2) + y·k·sin(θ2) – ω·t] The electrical fields in this case are: e 11 = E 0 * Cos [z * k * cos · (θ 1 ) - x · k · sin (θ 1 ) - ω · t + ϕ] e 12 = E 0 * Cos [z * k * cos · (θ 1 ) + x · k · sin (θ 1 ) - ω · t + ϕ] e 21 = E 0 * Cos [z * k * cos · (θ 2 ) - y · k · sin (θ 2 ) - ω · t] e 22 = E 0 * Cos [z * k * cos · (θ 2 ) + y · k · sin (θ 2 ) - ω · t]

Die stationäre Fluenzverteilung im Interferenzgebiet ist dann:

mit 4_max = 4F₀ (mittlere Fluenz F₀).The stationary fluence distribution in the interference area is then:

with 4 _max = 4F ₀ (mean fluence F ₀ ).

Das Interferenzmuster ist in diesem Fall nicht stationär, sondern hängt periodisch von der z-Koordinate ab, mit einer z-Periode von:

In this case, the interference pattern is not stationary, but depends periodically on the z coordinate, with a z period of:

Die Form der erzeugten Strukturen verändert sich also mit der Lage der Probe relativ zur Bildebene. Die z-Periode ändert sich allerdings mit der Phasenverschiebung Δϕ. Verschiedene Strukturen lassen sich daher auch ohne verschieben der Probe relativ zur Bildebene allein durch die Änderung des Phasenunterschiedes Δϕ verändern.The The shape of the created structures changes with the situation the sample relative to the image plane. However, the z period changes with the Phase shift Δϕ. Different structures can therefore also be moved without the sample relative to the image plane solely by the change change the phase difference Δϕ.

Dieser Fall ist vor allem für die Erzeugung der eingangs erwähnten dreidimensionalen photonischen Kristalle interessant.This Case is mostly for the generation of the aforementioned three-dimensional photonic crystals interesting.

In 5 sind berechnete und gemessene Oberflächenstrukturen auf Edelstahl gegenübergestellt. Es zeigt sich auch hier eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und real erzeugten Strukturen.In 5 are compared and calculated surface structures on stainless steel. Here too, there is a good correspondence between simulation and real structures.

Ein abschließendes drittes Ausführungsbeispiel (6) ist eine 3-Strahl-Interferenz unter folgenden Bedingungen:

– 2 Strahlen in der xz-Ebene, ein Strahl in der yz-Ebene,
– gleicher Einzelenergien,
– gleiche Winkelbeträge zur optischen Achse,
– Phasenverschiebung zwischen den 2 Strahlen in der xz-Ebene und dem Strahl in der yz-Ebene.

A final third embodiment ( 6 ) is 3-beam interference under the following conditions:

- 2 beams in the xz plane, one beam in the yz plane,
- same individual energies,
- equal angular amounts to the optical axis,
- Phase shift between the 2 beams in the xz plane and the beam in the yz plane.

Die elektrischen Felder lauten für diesen Fall: E11 = E0·cos[z·k·cos·(θ) – x·k·sin(θ) – ω·t] E12 = E0·cos[z·k·cos·(θ) + x·k·sin(θ) – ω·t] E21 = E0·cos[z·k·cos·(θ) – y·k·sin(θ) – ω·t + ϕ] The electrical fields in this case are: e 11 = E 0 · Cos [z · k · cos · (θ) - x · k · sin (θ) - ω · t] e 12 = E 0 · Cos [z · k · cos · (θ) + x · k · sin (θ) - ω · t] e 21 = E 0 · Cos [z · k · cos · (θ) - y · k · sin (θ) - ω · t + ϕ]

Die stationäre Fluenzverteilung im Interferenzgebiet ist dann:

mit F_max = 3F₀ (mittlere Fluenz F₀).The stationary fluence distribution in the interference area is then:

with F _max = 3F ₀ (mean fluence F ₀ ).

Das Interferenzmuster zeigt keine z-Abhängigkeit, aber eine kosinusförmige Abhängigkeit von der Phasenverschiebung Δϕ mit der Periode 2π. Die Form des Interferenzmusters hängt allerdings nicht von der Phasenverschiebung ab. Stattdessen „wandert" das Interferenzmuster in y-Richtung. Die Abhängigkeit der Lage des Interferenzmusters von der Phasendifferenz Δϕ kann z.B. dazu genutzt werden, um die Länge der gebohrten Löcher online zu variieren, oder Gitterlinien mit definierter Welligkeit und Bodenstruktur zu erzeugen. Dazu wird die Phasendifferenz Δϕ während der Bestrahlung, bzw. zwischen aufeinanderfolgenden Laserschüssen geändert.The Interference pattern shows no z dependency, but a cosine dependency of the phase shift Δϕ with the period 2π. However, the shape of the interference pattern does not depend on the phase shift from. Instead, the interference pattern "wanders" in the y direction. The dependence the position of the interference pattern from the phase difference Δϕ can e.g. used to track the length of drilled holes online to vary, or grid lines with defined waviness and floor structure to create. For this purpose, the phase difference Δϕ during the irradiation or changed between successive laser shots.

In 6 sind berechnete und gemessene Oberflächenstrukturen auf einer Kapton (Polyimid)-Oberfläche gegenübergestellt.In 6 are compared and calculated surface structures on a Kapton (polyimide) surface.

Die Oberflächenstruktur in 6a wurde mit den Einstellungen Δϕ = 0, F₀ = 70mJ/cm², 1 Schuss, generiert. Die Oberflächenstruktur in 6b entstand hingegen mit 4 Schüssen mit einer jeweiligen Phasendifferenz Δϕ von 0, 0,3π, 0,6π und 0,9π. Es zeigt sich wieder eine gute Übereinstimmung zwischen der Simulation und den real erzeugten Strukturen.The surface structure in 6a was generated with the settings Δϕ = 0, F ₀ = 70mJ / cm ² , 1 shot. The surface structure in 6b was created with 4 shots with a respective phase difference Δϕ of 0, 0.3π, 0.6π and 0.9π. Again, there is good agreement between the simulation and the structures actually created.

Die ausgeführten Beispiele zeigen das Potential der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bzw. des Verfahrens, mit dem Diffraktiven-Delay-Generator 3, Phasenbeziehungen zwischen Teilstrahlen exakt und kontinuierlich variierbar, einzustellen und anzuwenden.The examples shown show the potential of the device according to the invention, or of the method, with the diffractive delay generator 3 To adjust and apply phase relationships between partial beams precisely and continuously.

Claims

Device for generating beams with variable phase relationships, in which a wave emanating from a radiation source can be divided into several partial beams with the aid of a beam splitting arrangement, characterized in that the beam splitting arrangement as a diffractive delay generator ( 3 ) is formed which has at least two diffractive optical elements connected in series as beam splitters ( 1 . 2 ), by means of which, by varying their distance from one another, phase differences which can be predetermined as desired between selected, the diffractive delay generator ( 3 ) passed, partial beams, are continuously adjustable.

Device according to claim 1, characterized in that the diffractive delay generator ( 3 ) a beam selector for the selection of certain partial beams ( 9 ) is connected downstream, which is transparent to the selected partial beams and impermeable to the rest of the radiation.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the diffractive delay generator ( 3 ) focusing optics ( 5 ) is connected downstream.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radiation source ( 4 ) is designed as a light source.

Device according to claim 4, characterized in that the light source is a laser.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the laser is an ultra short pulse laser.

Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that that the wavelengths the electromagnetic waves emanating from the light source ultraviolet spectral range or a wavelength range with wavelengths below the ultraviolet spectral range.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radiation source ( 4 ) is designed as a source of matter.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the diffractive optical elements ( 1 . 2 ) of the diffractive delay generator ( 3 ) are adjustably mounted on an adjusting device, by means of which they are at least in the direction of the optical axis ( 12 ) are translationally adjustable relative to each other.

Apparatus according to claim 9, characterized in that at least one diffractive optical element ( 1 . 2 ) opposite the optical axis ( 12 ) of the diffractive delay generator ( 3 ) is tiltably mounted by means of the adjusting device.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one diffractive optical element ( 1 . 2 ) is designed as a radiation-transmitting element.

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least one diffractive optical element ( 1 . 2 ) is designed as a reflective element.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that at least one diffractive optical element ( 1 . 2 ) is designed as a line grid.

Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the diffractive delay generator ( 3 ) is formed from at least two line grids connected in series, each of which has a self-supporting lattice structure.

Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the diffractive delay generator ( 3 ) is formed from at least two line gratings connected in series, which are arranged rotated relative to one another, so that the alignment of the grid lines of the line gratings has an angle of twist.

Apparatus according to claim 15, characterized in that the twist angle of the two line gratings is 90 °, so that the grid lines with the one line grid horizontally and with the other line grid are aligned vertically.

Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the diffractive delay generator ( 3 ) is formed from at least two line grids connected in series, which have a different number of grid lines.

Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the diffractive delay generator ( 3 ) has at least one transmitting line grating that has no diffractive structure in some areas.

Method for generating beams with variable phase relationships, in which a wave originating from a radiation source is divided into several partial beams with the aid of a beam splitting arrangement, characterized in that, by varying the spacings of diffractive optical elements connected in series, a diffractive delay generator forming the beam splitting arrangement ( 3 ), a predetermined phase difference between selected partial beams which are transmitted to different diffractive optical elements of the diffractive delay generator ( 3 ) were generated, is set.

Method according to claim 19, characterized in that in a diffractive delay generator consisting of two transmitting line gratings ( 3 ) a pair of beams (S1, S2) with the phase difference Δϕ is formed from a first partial beam S1 and a second partial beam S2 of a wavefront S0, in which the first partial beam S1 consists of a beam part diffracted at the first line grating and the second line grating transmitted without diffraction , and in which the second partial beam S2 consists of a beam part transmitted without diffraction and diffracted at the second line grid.

A method according to claim 20, characterized in that the phase difference Δϕ of the pair of rays (S1, S2) according to the equation Δϕ = k · ΔL, With

Wave vector, λ: wavelength of the radiation in nm,

Path difference of the partial beams in nm, D: distance between the gratings in nm, α = arcsin λ · N · 10 ^-6 : diffraction angle, and N: number of grating periods per mm.

Method according to one of claims 19 to 21, characterized in that that the relationship the radiation energies between the selected partial beams by means of the diffraction efficiencies of the diffractive optical elements can be varied is.