[发明专利]可调光学活动元件

说明书

技术领域

本发明属于可调光学活动元件领域，比如移相器和透射光栅，举例来说，用于自适应光学以及显微学。

背景技术

衍射光栅是由其表面包含等距密纹或划线的反射或透明基片组成的光学元件。在光线入射于衍射光栅上时，出现衍射和相互干扰效应并且光线在按顺序调用的离散方向上反射或透射。由于它们的分散性质，光栅通常用于单色仪和分光仪中。这些设备在1821年首先由德国物理学家Joseph von Fraunhofer制出。

衍射光栅成为研究主题已有很多年。开始时，光栅的设计和作用原理是主要的兴趣点。近年来，可调衍射光栅变得流行，其允许改变其物理行为。一个主题是怎样获得较大的调节范围。集中的研究活动和新的微加工技术的组合产生了数种可调衍射光栅。这些可调衍射光栅的例子是基于梳状驱动器的机械式旋转光栅或可调光栅的不同实现(参见A.Azzam Yasseen et al.″Diffraction Grating Scanners Using PolysiliconMicro-moters″，IEEE Journal of selected topics in quantum electronics，Vol.5，No.1，January/February 1999)。尽管这些光栅中的一些在商业上成功的产品中采用，但是它们的调节范围有限或者需要很多昂贵的生产步骤。

传统的衍射光栅通常基于不可变形的刚性材料。这些材料使得能改变光栅的形状。因此调节这些光栅的唯一可能性是旋转。如同现有技术的解决方案所示，光栅的旋转涉及在微型系统中难以实施的昂贵的机械系统。近年来，这个问题得到解决并且采取了数种试图解决这个问题的方案。基于梳状驱动器或压电致动器的可调衍射光栅已经开发出来。这种设备需要由于复杂生产过程所带来的高昂投资或者仅获得相对小的调节范围。这主要是由于用于实施光栅的刚性材料的缘故。

可调衍射光栅从现有技术是已知的。这种设备的一个例子是基于聚合物基片(即PDMS)并且由于热碰撞而改变其形状的衍射光栅(参见Bartosz A.Grzy-bowski et al.，.. Thermally actuated interferometric sensorsbased on the thermal expansion of transparent elastomeric

Tapani Levola的US2004/0109234(US′234)公开于2004年并且涉及一种利用可电地变形的衍射光栅结构来操纵光波的光学设备。该电地可调的衍射光栅基于在两种具有不同介电常量的材料的界面处在有电场存在时出现力的物理效应。这个效应被建议用来调节光栅的衍射行为。

Curtis Kevin的US2002/0186928(US′928)(相应于EP147373)公开于2002年并且公开了一种可调光学设备，用于在波长分离多路通信系统中增加或减少一个或多个信道。该可调光学设备包括一个或多个滤波器，其中至少一个滤波器包括至少一个弹性体以及一个或多个光栅。弹性体是随着施加至聚合物两侧的电压的变化或者在一定波长的光从聚合物衍射或投射穿过其中时膨胀和收缩的聚合物。这个设备由基于交变折射率模式的全息光栅过程。这个光栅嵌在其厚度在施加电压时变化的弹性体内。一个缺点是光栅基于交变折射率的固定模式。

Srinivasan等的US6930817(US′817)公开于2004年并且公开了一种可变调制器组件，其包括具有多个电极的活动层。可变形层与活动层的第一表面操作的接触。具有多个电极的电极配置与活动层的第二表面接触。控制器构造来选择性地将可变信号施加至电极配置的选定电极。可变信号的施加使得可变形层重新构造为具有显著峰和谷的可选形状。峰和谷之间的距离由所施加的可变信号的值确定。在一种光学调制方法中，可变调制器组件定位来在可变形层接收来自光源的光。控制器激活电极配置以产生可变信号，引起静电电荷使可变形层扭曲为与激活的电极相应的模式。

Schrader的US6903872(US′872)公开于2002年并且描述了一种可电地重新构造的光学设备，其基于使用与至少第一电极结构相反的介电且透明的粘弹性材料层。根据该发明，各个电极区域在第一电极结构为了使粘弹性层变形的布置与下面可选方案之一相一致。根据第一可选方案，第一电极结构的电极区域分组为由两个或更多相邻电极区域构成的组并且在每个所述组内各个电极区域每个供应有显著不同的电压。根据第二可选方案，第一电极结构的电极区域是基本上环形、椭圆形、矩形或多边形闭环电极。该本发明允许例如用于形成电地可重新构造的炫耀光栅或菲涅耳区域透镜。