Design, Analysis and Fabrication of Micro Optical Systems involving UV-Deep Lithography - with an Application in Atomic Physics


Liu, Xiyuan


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URL: http://ub-madoc.bib.uni-mannheim.de/2139
URN: urn:nbn:de:bsz:180-madoc-21393
Document Type: Doctoral dissertation
Year of publication: 2008
Publishing house: Universität Mannheim
Evaluator: Brenner, Karl-Heinz
Date of oral examination: 17 October 2008
Publication language: English
Institution: School of Business Informatics and Mathematics > Optoelektronik (Brenner)
Subject: 500 Science
Classification: PACS: 42.50.Ct 42.15.Eq 42.25.Bs 42.30.Rx 42.82.Cr ,
Subject headings (SWD): Photolithographie , Mikrooptik , Optikmodellierung , Atomphysik
Keywords (English): Optical Lithography , Micro-Optics , Optical System Design
Abstract: Integrated free space optics is a widespread and important field in today's technology. This study outlines one application in atomic physics and quantum optics. Since optimized design requires the adequate mathematical treatment of light propagation in free space, this study deals with the various existing scalar methods of light propagation, including plane wave expansion, the Fresnel approximation, and ray-transfer matrices applied to geometrical optics and the ABCD-law for Gaussian beams. As do other scientific methods, these mathematical treatments have their own prerequisites. Consequently, the application scope of these methods is restricted. This thesis aims at relaxing some prerequisites for conventional methods and also at demonstrating new application aspects. Using a research project in atomic physics as an application example, this thesis is restricted to two main research fields: micro optics and deep lithography. The topic comprises a design tool for minimal optical systems, energy investigation in scalar fields, mask diffraction in thick absorbing resists with partially coherent illumination, a phase reconstruction method using the ambiguity function, lithographic fabrication of alignment structures for a fiber resonator, and fabrication of micro lenses using replication techniques.
Translation of the title: Entwurf, Analyse und Fertigung mikrooptischer Systeme unter Verwendung der UV-Tiefenlithografie - eine Anwendung in der Atomphysik (German)
Translation of the abstract: Integrierte Freiraum-Optik ist umfassend und auch bedeutend in der heutigen Technologie. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Anwendung in der Atomphysik und Quantenoptik. Da ein optimierter Entwurf eine adäquate mathematische Behandlung der Lichtausbreitung erfordert, beschäftigt sich diese Arbeit mit diversen skalaren Theorien für Lichtausbreitung. Dazu gehören die Zerlegung nach ebenen Wellen, die Fresnel-Näherung, sowie die Strahl-Transfermatrizen für geometrische Optik und das ABCD-Gesetz für Gauß-Strahlen. Wie alle anderen wissenschaftlichen Methoden haben die mathematischen Behandlungen auch ihre eigenen Anwendungsbedingungen. Ziel dieser Arbeit ist, die Anwendungsbedingungen zu erleichtern und folglich neue Anwendungsbereiche zu demonstrieren. Diese Arbeit hat zwei wesentliche Bestandteile: Mikrooptik und UV-Tiefenlithografie. Die Hauptthemen sind das Systemdesign durch minimale Matrixzerlegung, die Energieanalyse für skalare Felder, Lichtausbreitung in absorbierenden Medien mit teilkohärenter Beleuchtung, Phasenrekonstruktion mit Ambiguity-Funktion, lithografische Fertigung der Alignmentstrukturen für einen Faserresonator und die Abformung der Mikrolinsen. (German)
Additional information:

Das Dokument wird vom Publikationsserver der Universitätsbibliothek Mannheim bereitgestellt.




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Liu, Xiyuan (2008) Design, Analysis and Fabrication of Micro Optical Systems involving UV-Deep Lithography - with an Application in Atomic Physics. Open Access [Doctoral dissertation]
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