[发明专利]可调且可切换的多层光学器件

说明书

技术领域

本公开涉及多层光学器件领域，例如干涉滤光片、分色镜、衍射光栅、以及其他依靠干涉的器件。

背景技术

多层、薄的、厚度可控的透明或半透明材料的夹层可以用来形成干涉滤光片、分色镜、以及能够与特定波长的电磁辐射交互的其他光学元件，其中这些层由具有两种或两种以上不同折射率的材料制成。为了简便起见，本文中这种器件被称为多层光学元件并通过干涉效应工作，干涉效应是由于在夹层的各层之间的每个边界处存在至少一些反射而发生的。在特定波长处，来自边界中的每个边界反射和透射的光可以相加或抵消。例如，如果边界之间的往返距离为N波长加半个波长，那么来自两个边界的光反射可以相互抵消，或者如果边界之间的往返距离为N+1(N为大于或等于零的整数)波长，那么来自两个边界的光反射可以相互增强。

每个边界处的反射量部分地取决于形成边界的相邻层的折射率之间的差异。夹层的光学性质、以及因而多层光学元件的光学性质部分地由每层的材料及其厚度来确定。

通过仔细选择和应用特定厚度的层、层的顺序、以及折射率，通常制成用作光带通滤波器、光带阻滤波器、波长选择镜、防反射涂层的多层光学元件以及其它光学器件。Thelen的美国专利3,247,392(1961)描述了一些这类可用的光学元件。虽然这些干涉效应可以在液体和固体、生物材料以及矿物或人造材料中观察到，但是大部分人造器件依赖于固体材料层。这些多层光学元件能够以不依赖于选择性吸收而是以依赖于干涉效应的方法来在光谱上修改入射的电磁辐射，因为它们的光反射和/或透射是依赖波长的，这样他们可以不同地分离、透射或反射具有不同波长的入射光的两种成分。

有时期望提供光学元件的可调性。例如，存在对于可调激光器的强烈需要。已经创建了一些多层光学元件，通过改变到达元件的表面的入射光的角度将这些多层光学元件调为期望的波长；因为相比于垂直表面达到的光，与法线成一角度到达的光穿过边界之间更多的材料，所以相比于垂直表面达到的光，以一角度到达的光可以在更长波长展示干涉效应。通常通过旋转元件来实现对入射光的角度进行改变。通过旋转元件进行光学调整有时并不方便。

存在一些现有方法，基于用于半导体制造的这些方法用于创建小型结构，这些小型结构具有位于基底或底层之上的填充空气的空间上悬浮的顶板。作为示例，通过引用并入本文的美国专利5,526,951的公开描述了形成微镜的过程，微镜中的每一个都由枢转支撑结构来支撑，并悬浮在位于底层或基底之上的狭窄空气空间或腔的上面。

发明内容

在实施方式中，多层光学器件包括在基底上形成的布置，所述布置包括至少第一层、第二层以及设置于所述第一层与所述第二层之间的空间。所述空间具有高度，而且所述第一层、第二层、以及所述第一层与所述第二层之间的所述空间形成的所述布置能够从入射到所述布置上的电磁能量产生透射、反射或散射的、在光谱上修改的电磁能量。所述光学器件的光学功能至少部分地依赖于干涉效应。

在实施方式中，光学检测器系统包括多层光学器件，包括在基底上形成的布置，所述布置包括至少第一层、第二层以及设置于所述第一层与所述第二层之间的间隔物。所述间隔物具有间隔物高度，而且所述第一层、第二层、以及所述间隔物形成的所述布置限定空间，所述器件能够以光谱依赖的方法通过干涉对入射电磁能量进行修改。所述空间与结构流体连通，用于接收第一流体，使得所述光学器件在所述空间内不存在所述第一流体的情况下以第一模式操作，并且在所述空间内存在所述第一流体的情况下以第二模式操作。所述系统还包括光检测器，与所述光学器件光学连通，用于从所述多层光学器件接收修改的电磁能量；以及控制器，与所述空间流体连通，并且能够操作以安排所述空间内是否存在所述第一流体。

附图说明

图1是部分制造的、简单的多层光学元件的截面图；

图1A是移除牺牲层之后的图1的部分制造的多层光学元件的截面图；

图1B是移除牺牲层并注入流体之后的图1的多层光学元件的截面图；

图1C是根据实施方式的、将融化的牺牲层用作流体并且使用疏水性墨水来限定牺牲层的部分制造的多层光学元件的截面图；

图2是根据实施方式制造多层光学元件的过程的流程图；

图2A是根据实施方式可以由多层光学元件提供的光谱特征的图示；

图3是根据实施方式的电力可调的多层光学元件的截面图；

图4是电力可调的多层光学元件的可替换实施方式的截面图；