NumerischeApertur Laser

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The brute-force approach of simply butting an optical fiber almost against the laser diode allows for only about 10-20% coupling efficiency, or a 7 to 10dB coupling loss. The coupling approach is show below.

6. For a concave mirror, paraxial rays are focused at distance R/2 from pole and marginal rays are focused atdistance x from pole, then (R is radius of ...

The coupling efficiency is very sensitive to the alignment. This sensitivity is shown in the following figure. This figure shows the sensitivity to lateral displacement between the diode and the lenses or fiber. Longitudinal displacement is another factor. Generally speaking, the lower the coupling loss, the more sensitive the optimum coupling is to displacement.

That's the beauty of Clearsight anti-reflective glass. Its special coating significantly reduces light reflection compared to conventional glass, making the ...

NumerischeApertur Lichtwellenleiter

Die numerische Apertur (NA) ist in der Lithografie ein entscheidender Parameter, der die Auflösung eines lithografischen Systems demonstriert, das zum Drucken feiner Muster auf Halbleiterscheiben bei der Herstellung integrierter Schaltkreise verwendet wird. Die NA ist eine dimensionslose Zahl, die den Winkelbereich charakterisiert, über den das System Licht aufnehmen oder abgeben kann. Eine höhere NA zeigt die Fähigkeit an, auf feinere Details zu fokussieren und somit die Auflösung der gedruckten Merkmale zu verbessern.

You can also use index matching gel between the offending surfaces or thin-film anti-reflective coatings to reduce the severity of back reflection.

Some of these techniques use lenses that are cylindrical instead of spherical to compensate for laser diode’s elliptical emission pattern. Other factors in selecting the coupling technique include small package size, optimized alignment, etc.

Eine hohe NA ist zwar für eine höhere Auflösung wünschenswert, bringt aber auch Nachteile mit sich. So verringert sich beispielsweise mit zunehmender NA die Tiefenschärfe (DoF). Diese Verringerung der Tiefenschärfe kann dazu führen, dass es schwierig ist, den Fokus über die gesamte Waferoberfläche hinweg beizubehalten, was strengere Prozesskontrollen und eine präzisere Waferplanheit erforderlich macht. Darüber hinaus sind mit einer Erhöhung der NA oft komplexere und teurere optische Systeme sowie fortschrittlichere Beleuchtungstechniken verbunden.

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NumerischeApertur Auflösung

Since the laser diode emits at a elliptical pattern, a simple hemispherical lens surface is not enough for better coupling. That is why more complex lens shapes were developed.

Dabei stellt λ die Wellenlänge des in der Lithographie verwendeten Lichts dar. Eine höhere NA ermöglicht die Strukturierung kleinerer Strukturen, was für die Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie und die Entwicklung leistungsfähigerer Mikrochips von entscheidender Bedeutung ist.

Im Zusammenhang mit der Lithografie beeinflusst die NA nicht nur die Auflösung, sondern auch die Tiefenschärfe des photolithografischen Prozesses. Nach dem Rayleigh-Kriterium ist die Auflösung (R) umgekehrt proportional zur numerischen Apertur:

The other technique to solve the reflection problem is to use curved surfaces. The radius of the curvature must be small because of the small mode field diameter (MFD) of the fiber or components.

NumerischeApertur einfach erklärt

In both cases, a lens at the taper tip is fabricated to reduce the MFD for better coupling efficiency. Such lenses can be formed on the fiber end by the following methods.

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20081124 — Microscope objective lenses will often have four numbers engraved on the barrel in a 2x2 array. The upper left number is the magnification ...

A hyperbolic lens is often used. This lens shape has about the same transverse offset loss as in a hemispheric lens, but there was less sensitivity to tilt and more sensitivity to longitudinal translation.

NumerischeApertur Rechner

Both the laser and grating mounts are fixed on rail carriers, which are held on a graduated solid aluminum rail. The diffraction pattern is projected on a ...

The tapered fiber tips change the mode field diameter (MFD) of the fiber. Tapered fiber can be manufactured by pulling on a short length of fiber – this approach reduces the diameters of both the core and cladding. In this approach, the MFD is enlarged. This approach is shown in the following figure.

Another technique is using a wedged-shaped fiber end as shown below. This is done by grinding the tip of an un-tapered fiber. Perpendicular to this plane, the fiber and laser modes are closely matched.

Da die Strukturgrößen von Halbleitern immer kleiner werden, wurde der Lithografieprozess angepasst, um Licht mit kürzeren Wellenlängen und Linsen mit höherer numerischer Apertur zu verwenden. Ein solcher Fortschritt ist die Extrem-Ultraviolett-Lithografie (EUV). Dabei wird Licht mit einer viel kürzeren Wellenlänge verwendet, was kleinere Strukturgrößen ermöglicht und somit die Fortsetzung des Mooreschen Gesetzes unterstützt.

This problem can be corrected by having such surfaces at an angle from the perpendicular, and this angle is typically less than 10º because of the small angular spread of a single mode beam.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die numerische Apertur eine grundlegende Rolle bei der Definition der Auflösung und des Fokus lithografischer Systeme spielt. Mit dem Fortschritt der Halbleiterindustrie wird auch die optische Technik immer weiter innovativ, wobei die numerische Apertur verbessert und verschiedene Parameter angepasst werden, um die Grenzen der Kleinheit und Präzision der Merkmale auf einem Chip zu erweitern.

You should also consider the impact of reflection of the emitted light back into the diode. Planar surfaces perpendicular to the optical axis are particularly bad in this respect.

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Tapered fiber can also be made by etching a stub of fiber, so that part of the cladding is removed. In this case, the core diameter and MFD keeps the same. This approach is shown below.

NumerischeApertur LWL

So other coupling techniques were developed using various lenses to reduce the coupling loss. This is shown in the following illustration.

Darüber hinaus erfordern Systeme mit hoher numerischer Apertur typischerweise die Verwendung kürzerer Lichtwellenlängen, um Beugungsbeschränkungen zu vermeiden.

This is partially because that the laser diode emission pattern is somewhat elliptical. Analytical expressions for such patterns have been used for both LED and LD (laser diode).

The mechanical stability of the coupling technique is also very important. It must have stability against mechanical vibrations and temperature fluctuation.

With more complex lens shapes, the sensitivity is also more complicated. The best coupling efficiency is about 90% or 0.45dB coupling loss.

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In optischen Systemen wird die NA als Sinus des Halbwinkels (θ) des maximalen Lichtkegels definiert, der in das optische System eintreten oder aus ihm austreten kann, multipliziert mit dem Brechungsindex (n) des Mediums, in dem die Linse arbeitet: