Устройство электрически управляемого оптического прибора и способ его изготовления

Изобретение относится к устройству, которое использует явление интерференции световых потоков, а именно к резонатору Фабри-Перо. Устройство содержит скрепленные между собой расположенные с регулируемым воздушным зазором пластины с тонкопленочными проводящими или диэлектрическими зеркалами и проводящими тонкопленочными электродами. Причем проводящие элементы подсоединены электрически к внешним электронным устройствам, регулированием зазора за счет изменения силы электростатического притяжения. Пластины скреплены столбиками. Первая пластина в месте расположения столбиков утонена до образования плоской мембраны, одна из плоскостей которой совпадает с плоскостью зеркала, тогда как по крайней мере один проводящий элемент на первой пластине имеет емкостную связь с противостоящим проводящим элементом на второй пластине. Технический результат заключается в обеспечении компактности и плавной перестройки спектра пропускания оптического излучения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к оптике, к оптическим устройствам, основанным на использовании явлений интерференции световых потоков, например, использовании резонаторов Фабри-Перо, применяемых в научных исследованиях и технике для спектрального анализа и монохроматизации света.

В качестве аналога устройства выбран известный тип диспергирующих элементов спектральных оптических приборов - сканирующий интерферометр Фабри-Перо [Скоков И.В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. - М.: Машиностроение, 1989]. Основной частью аналога являются два частично отражающих зеркала, параллельных друг другу. Зеркала могут быть нанесены на смежные поверхности двух параллельных стеклянных пластин, расстояние между которыми можно изменять специальным механизмом, например, на основе пьезоэлектрического преобразователя.

Недостатки аналога: громоздкость и большая масса конструкции, значительные величины управляющего электрического напряжения, отсутствие объективных средств индикации длины волны пропускания при использовании аналога в качестве оптического регулируемого пропускающего фильтра.

Другим аналогом устройства, использующим для перемещения одного из зеркал интерферометра Фабри-Перо силу электростатического притяжения, выбрано устройство в виде электростатически деформируемой тонкой кремниевой мембраны [Н. Guckel et al. Электростатически деформируемая тонкая кремниевая мембрана. Пат. США №4203128. 13 мая 1980 г.]. Кремниевая тонкая мембрана получена путем химического локального утонения кремниевой пластины, способна деформироваться электростатическими силами и может быть применена для датчиков давления, резонаторов, антенн, электрооптических дисплеев.

Устройство является компактным, величина изменяющегося расстояния между мембраной и подложкой может измеряться электрическим путем и служить мерой величины базы интерферометра.

Недостатком является появление у мембраны при электростатическом воздействии кривизны и невозможности применения устройства как интерферометра с плоскими зеркалами.

Прототипом устройства выбран мембранный модулятор света с электростатическим управлением положения тонкопленочной мембраны. [Чесноков В.В. Мембранный модулятор света, а.с. СССР №363398, 7.04.1970]. На стеклянной пластине имеется полупрозрачная зеркально-отражающая пленка, над которой с зазором расположена гибкая диэлектрическая металлизированная мембрана, совместно образующие интерферометр Фабри-Перо, зазор обеспечивается столбиками, поддерживающими мембрану над подложкой и обеспечивающими ее натяжение; между пленочным зеркалом на подложке и металлизацией мембраны прикладывается электрическое напряжение, что приводит к перемещению мембраны и изменению зазора. Устройство облучается коллимированным излучением «на просвет», проходящий свет модулируется по интенсивности и по фазе. Устройство имеет два возможных фиксированных положения: мембрана расположена с зазором над подложкой или прижата к ней электростатическими силами; оба положения обеспечивают плоскую форму мембраны. Устройство является компактным, работает при низких управляющих напряжениях.

Недостатками устройства являются отсутствие возможности плавного регулирования зазора между зеркалами интерферометра и плавной перестройки интерферометра по спектру.

Первой задачей, решаемой данным изобретением, является создание электростатически управляемого оптического устройства, выполняющего функции интерферометра Фабри-Перо с плавной перестройкой спектра пропускания и возможностью индикации значения длины волны пропускания.

Известным способом изготовления электростатически управляемого оптического устройства, взятым в качестве прототипа, выполняющего функции интерферометра Фабри-Перо, является способ изготовления прототипа по технологии с применением жертвенного слоя, когда предварительно изготавливается на подложке многослойная структура в виде пакета пленочных электродов - зеркал интерферометра с прослойкой жертвенного слоя между ними, затем в избирательном травителе удаляется жертвенный слой, в результате образуется зазор между зеркалами интерферометра.

Этот метод изготовления не применим к предложенному по изобретению устройству, так как устройство собирается из заранее отдельно друг от друга изготовленных пластин, обладающих погрешностями изготовления, которые необходимо при сборке учитывать и нивелировать.

Второй задачей, решаемой данным изобретением, является создание способа изготовления предложенного устройства.

Первая задача решается тем, что в устройстве электрически управляемого оптического прибора, содержащего скрепленные между собой расположенные с регулируемым воздушным зазором пластины с тонкопленочными проводящими или диэлектрическими зеркалами и проводящими тонкопленочными электродами, причем проводящие элементы подсоединены электрически к внешним электронным устройствам с возможностью регулирования зазора за счет изменения силы электростатического притяжения, в соответствии с изобретением пластины скреплены столбиками, расположенными между их смежными поверхностями с тонкопленочными зеркалами, причем первая пластина в месте расположения столбиков утонена до образования плоской мембраны, одна из плоскостей которой совпадает с плоскостью зеркала, тогда как, по крайней мере, один проводящий элемент на первой пластине имеет емкостную связь с противостоящим проводящим элементом на второй пластине.

Предлагается также, что первая пластина составная, утонение выполнено в виде накладной прикрепленной плоской мембраны с тонкопленочным зеркалом на поверхности.

Предлагается также, что столбики выполнены из материала, деформируемого, в том числе, при нагревании.

Предлагается также, что зеркало и проводящий электрод размещены на противоположных сторонах пластины, причем зеркало может быть многослойным диэлектрическим.

Вторая задача решается тем, что предлагается также способ изготовления устройства, заключающийся, в соответствии с изобретением, в том, что пластины с тонкопленочными зеркалами и тонкопленочными электродами и столбиками скрепляют между собой в единый пакет с использованием механического их прижатия друг к другу и скрепления, после чего производят юстировку параллельности пластин с применением выборочной деформации столбиков или их импульсным нагреванием, или импульсным механическим напряжением, или с применением обоих воздействий одновременно, причем деформацию проводят с контролем интерференционной картины, возникающей при освещении устройства посторонним излучателем.

Изобретение поясняется с помощью фигур 1-5.

На фигуре 1 приведена схема базовой конструкции оптического прибора по изобретению, которым в данном случае является многолучевой интерферометр с плоскими зеркалами. Здесь 1 - прозрачная плоская пластина, 2 - мембрана, являющаяся утонением прозрачной пластины 3 в местах расположения столбиков, 4 - столбики, скрепляющие периферийную утоненную часть 2 пластины 3 с противостоящей пластиной, 5 и 6 - полупрозрачные тонкопленочные зеркала, 7 и 8, 9 и 10 - две пары проводящих тонкопленочных электродов на противостоящих поверхностях пластины и мембраны, имеющие емкостную связь между собой; на виде сверху на устройство с убранными элементами 2 и 3, показанном в нижней части фигуры 1, электроды 8 и 9 закреплены на поверхности пластины 1 и имеют форму дуг, охватывающих расположенное в центре зеркало 6. Между поверхностями зеркал на смежных сторонах прозрачных пластин, являющихся подложками зеркал, имеется воздушный промежуток 11; 12 - входящий в интерферометр световой пучок, 13 - выходящий световой пучок, U1 и U2 - электрические потенциалы, подаваемые от внешнего электронного устройства с помощью электрических проводников к проводящим зеркалам 6 и 5, U3, U4, U5 и U6 - электрические потенциалы, подаваемые от внешнего электронного устройства с помощью электрических проводников к проводящим тонкопленочным электродам 9, 10, 7 и 8, соответственно.

На фигуре показан вариант конфигурации пластин 1 и 3 в форме дисков, однако они могут иметь другую форму, например, форму прямоугольных в плане пластин; при этом утонение и столбики могут располагаться как по всему периметру прямоугольной пластины, так и по двум ее противоположным концам.

На фигуре 2 приведена схема конструкции многолучевого интерферометра по изобретению, отражающая особенности п. 2 формулы изобретения. Здесь 1 - прозрачная плоская пластина, 4 - столбики, скрепляющие периферийную часть мембраны 15 с противостоящей пластиной, 5 и 6 - полупрозрачные тонкопленочные зеркала, 7 и 8, 9 и 10 - две пары проводящих тонкопленочных электродов на противостоящих поверхностях пластины и мембраны, имеющие емкостную связь между собой.

Между поверхностями зеркал на смежных сторонах прозрачных пластин, являющихся подложками зеркал, имеется воздушный промежуток 11; 12 - входящий в интерферометр световой пучок, 13 - выходящий световой пучок, 14 - прозрачная плоская пластина, 15 - мембрана, монолитно соединенная с прозрачной плоской пластиной 14, U1 и U2 - электрические потенциалы, подаваемые от внешнего электронного устройства с помощью электрических проводников к проводящим зеркалам 6 и 5, U3, U4, U5 и U6 - электрические потенциалы, подаваемые от внешнего электронного устройства с помощью электрических проводников к проводящим тонкопленочным электродам 9, 10, 7 и 8, соответственно.

На фигуре показан вариант конфигурации пластин 1 и 14 и мембраны 15 в форме дисков, однако они могут иметь другую форму, например, форму прямоугольных в плане пластин; при этом утонение и столбики могут располагаться как по всему периметру прямоугольной пластины, так и по двум ее противоположным концам.

На фигуре 3 приведена схема конструкции многолучевого интерферометра по изобретению, отражающая особенности п. 4 формулы изобретения. Здесь 1 - прозрачная плоская пластина, 4 - столбики, скрепляющие периферийную часть мембраны 15 с противостоящей пластиной, 7 и 8, 9 и 10 - две пары проводящих тонкопленочных электродов на противостоящих поверхностях пластины и мембраны, имеющие емкостную связь между собой. Между поверхностями зеркал на смежных сторонах прозрачных пластин, являющихся подложками зеркал, имеется воздушный промежуток 11; 12 - входящий в интерферометр световой пучок, 13 - выходящий световой пучок, 14 - прозрачная плоская пластина, 15 - мембрана, монолитно соединенная с прозрачной плоской пластиной 14, 16 - тонкопленочное диэлектрическое зеркало на мембране 15, 17 тонкопленочное диэлектрическое зеркало на пластине 1, 18 - тонкопленочный прозрачный проводящий электрод на стороне пластины 14, противоположной стороне с зеркалом 16, 19 - тонкопленочный прозрачный проводящий электрод на стороне пластины 1, противоположной стороне с зеркалом 17; U3, U4, U5 и U6 - электрические потенциалы, подаваемые от внешнего электронного устройства с помощью электрических проводников к проводящим тонкопленочным электродам 9, 10, 7 и 8, соответственно; U7 и U8 - электрические потенциалы, подаваемые от внешнего электронного устройства с помощью электрических проводников к тонкопленочным прозрачным проводящим электродам 19 и 18, соответственно.

Фигура 4 иллюстрирует способ изготовления устройства по изобретению. Здесь 1 - прозрачная плоская пластина, 4 - столбики, скрепляющие периферийную часть мембраны 3 с противостоящей пластиной, 5 и 6 - полупрозрачные тонкопленочные зеркала, 7 и 8, 9 и 10 - две пары проводящих тонкопленочных электродов на противостоящих поверхностях пластины и мембраны; на виде сверху на устройство с убранными элементами 2 и 3, показанном в нижней части фигуры 1, электроды 8 и 9 закреплены на поверхности пластины 1 и имеют форму дуг, охватывающих расположенное в центре зеркало 6; 12 - входящий в интерферометр световой пучок, 13 - выходящий световой пучок, 14 - прозрачная плоская пластина, 15 - мембрана, монолитно соединенная с прозрачной плоской пластиной 14, U1 и U2 - электрические потенциалы, подаваемые от внешнего электронного устройства с помощью электрических проводников к проводящим зеркалам 6 и 5, U3, U4, U5 и U6 - электрические потенциалы, подаваемые от внешнего электронного устройства с помощью электрических проводников к проводящим тонкопленочным электродам 9, 10, 7 и 8, соответственно; 22 - нагревательный элемент со встроенным нагревателем, питаемым электрическим напряжением UR; P - сила, приложенная со стороны внешнего устройства, не показанного на фигуре, придавливающая нагревательный элемент к мембране 15 области столбика 4; 20 и 21 - опоры, на которые устанавливается пластина 1 при придавливании силой P.

Фигура 5 также иллюстрирует способ изготовления устройства. Здесь 1 - прозрачная плоская пластина, 4 - столбики, скрепляющие периферийную часть мембраны 3 с противостоящей пластиной, 5 и 6 - полупрозрачные тонкопленочные зеркала, 7 и 8, 9 и 10 - две пары проводящих тонкопленочных электродов на противостоящих поверхностях пластины и мембраны; на виде сверху на устройство с убранными элементами 2 и 3, показанном в нижней части фигуры 1, электроды 8 и 9 закреплены на поверхности пластины 1 и имеют форму дуг, охватывающих расположенное в центре зеркало 6; 12 - входящий в интерферометр световой пучок, 13 - выходящий световой пучок, 14 - прозрачная плоская пластина, 15 - мембрана, монолитно соединенная с прозрачной плоской пластиной 14, U1 и U2 - электрические потенциалы, подаваемые от внешнего электронного устройства с помощью электрических проводников к проводящим зеркалам 6 и 5, U3, U4, U5 и U6 - электрические потенциалы, подаваемые от внешнего электронного устройства с помощью электрических проводников к проводящим тонкопленочным электродам 9, 10, 7 и 8, соответственно; 23 - лазерный пучок, который фокусируется линзой Л в световое пятно 24 на поверхности мембраны 15 в области одного из столбиков 4; 25 - опора, на которые устанавливается пластина 1 при лазерном облучении.

Устройство на фигуре 1 функционирует следующим образом. Зеркала 5 и 6 образуют собой многолучевой интерферометр, спектр прошедшего интерферометр излучения 13 определяется расстоянием между зеркалами; зазор 11 между зеркалами можно изменять, подавая на них потенциалы U1 и U2, создавая разность потенциалов и электрическое поле напряженностью E=(U1-U2)/h в промежутке между зеркалами, где h - расстояние между зеркалами. Под действием возникающей силы давления:

,

где ε0 - электрическая постоянная, ε - диэлектрическая проницаемость среды, зеркала могут сближаться, что приводит к перестройке интерферометра по спектру пропускания; сближению противодействует сила упругости мембраны, являющейся утонением 2 прозрачной пластины 3 в местах расположения столбиков; при выключении электрического поля мембрана возвращается в прежнее не деформированное состояние. Деформация пластины 3 происходит только в местах утонения, остальная часть пластины остается плоской при перемещениях, что сохраняет зазор 11 одинаковым по всей площади не утоненной части пластины 3.

Величину перемещения пластины под действием силы давления электрического поля можно оценочно для случая малых прогибов рассчитать по модели прогиба упругой балки консольной конструкции, защемленной с одного конца и свободной с другого, изгибающейся под действием сосредоточенной силы, приложенной к свободному концу перпендикулярно продольной оси балки. В нашем случае считаем балкой деформируемую часть мембраны, длина l балки равна расстоянию от столбика до края пластины 14, величину сосредоточенной силы оцениваем как произведение давления электрического поля на величину площади одного из проводящих зеркал, разность потенциалов которых создает электрическое поле. После преобразований формулы для рассматриваемой модели можно найти величину прогиба:

,

где Eю - модуль Юнга мембраны, d - ее толщина.

Принимая E=(U1-U2)/h=1B/1мкм=106 В/м, Eю=5·1010 Па (для стекла), l=1 мм, d=100 мкм, получим y=0,27 мкм, величину, достаточную для перестройки интерферометра по спектру. Расчет показывает, что при указанных условиях управляющее напряжение может составлять единицы вольт.

Поверхности пластины в области зеркал и в области столбиков должны лежать в одной плоскости, что предотвращает изменения величины зазора при изменении температуры деталей устройства, то есть, улучшает термическую стабильность устройства, неизменность положения полосы пропускания в спектре при изменениях температуры окружающей среды. Стабильности полосы пропускания способствует также наличие радиально растягивающих пластину механических напряжений: при увеличении температуры и термическом расширении материала более тонкой пластины предварительное растяжение может частично скомпенсировать это расширение. Столбики 4 имеют одинаковую высоту, их число может быть и больше числа на фигуре, и установлены равномерно по периметру утоненной части пластины, что обеспечивает параллельность смежных поверхностей пластин 1 и 3 и зеркал на них при начальной установке и при перемещениях платины 3. Поперечный размер столбиков должен быть много меньше расстояния между соседними столбиками, что диктуется опасностью попадания случайных пылинок на место соединения столбиков с поверхностью пластины и нарушения равномерности зазора между зеркалами: чем меньше поперечник, тем меньше вероятность попадания пылинок. Расстояние между соседними столбиками оказывает влияние на фигуру прогиба мембраны и необходимое его значение зависит от толщины мембраны и ее площади. Конструкция может и отличаться от показанной на фигуре 1, например, в пластине 3 утонения в области расположения опорных столбиков могут быть локальными; конкретное решение о выборе конструкции определяется технологическими ограничениями на достижимую толщину образующейся при утонении мембраны.

При перемещениях пластины изменяется также расстояние между проводящими тонкопленочными электродами 9 и 10, 7 и 8, изменяется электрическая емкость между ними. Величина емкости является мерой расстояния между зеркалами, то есть, однозначно характеризует значение длины волны излучения, пропускаемого интерферометром. Значение емкости можно измерить с помощью внешнего электронного устройства, например, измеряя емкостной ток в электрической цепи пары противостоящих электродов при подаче между ними переменной разницы потенциалов. Количество проводящих пленочных электродов может быть и больше двух, изображенных на фигуре, что позволит определять также возможные погрешности в параллельности зеркал.

Устройство на фигуре 2 работает аналогичным образом, отличием в нем является конструкция перемещаемой под действием поля пластины: она выполнена составной, состоит из плоской пластины 14 и прикрепленной к ее поверхности мембраны 15; края мембраны выступают за периметр пластины; последняя имеет диаметр меньше, чем у мембраны. Конструкция может и отличаться от показанной на фигуре, например, в пластине 14 выполняются сквозные отверстия в области расположения опорных столбиков, и мембрана 15 накладывается и закрепляется на поверхности пластины, перекрывая отверстия. Пластина и мембрана должны быть прозрачными для проходящего излучения, место их соединения также должно быть прозрачным и не должно содержать отражающих поверхностей, которые могли бы создавать паразитные интерференционные эффекты.

Тонкопленочное зеркало 5 и проводящие электроды 7 и 10 размещены на поверхности мембраны, их толщины должна быть много меньше величины зазора или быть строго одинаковыми по всей своей площади, чтобы не ухудшить равномерность зазора в области зеркал.

Необходимость изготовления столбиков из материала, поддающегося формованию механическим путем, например, деформируемого при механическом сжатии или при комбинации механического сжатия и нагревания столбика, позволяет при изготовлении устройства произвести на финишном этапе изготовления тонкую юстировку взаимной параллельности зеркал; юстировка целесообразна в связи с высокими требованиям к параллельности: равномерность зазора должна обеспечиваться с точностью до десятой доли длины волны проходящего интерферометр излучения и точнее. Таким материалом может быть индий или другие пластичные металлы или пластики.

Устройство на фигуре 3 является видоизменением показанных на предшествующих фигурах, отличается тем, что тонкопленочные проводящие электроды 17 и 18 нанесены на противоположные зеркалам стороны пластин 1 и 14; пластины являются диэлектрическими, а электроды должны быть проводящими и прозрачными. Такая конфигурация расположения проводящих электродов применима как к устройству на фигуре 1, так и на фигуре 2.

При подаче постоянной или переменной разности потенциалов между электродами (потенциалы U7 и U8) между поверхностями зеркал образуется электрическое поле напряженностью:

,

где d1 и d2 - величина воздушного зазора и суммарная толщина пластин 1 и 14, соответственно; ε1 и ε2 - диэлектрические проницаемости воздуха и материалов пластин, соответственно. Величина этого поля не зависит от электропроводности материала тонкопленочных зеркал, они могут быть проводящими или диэлектрическими.

Наличие поля приводит к взаимному притяжению пластин и их сближению независимо от знака поля.

При использовании в качестве материала пластин прозрачного в необходимом участке спектра и имеющего высокое значение диэлектрической проницаемости (например, для титаната бария ε2 ~1000), расположение проводящих обкладок на наружной поверхности пластин при их толщинах порядка миллиметров приведет не более чем к двух-пятикратному увеличению управляющей разности потенциалов в сравнении с прямым подключением потенциалов к проводящим зеркалам.

Возможность использования прозрачного диэлектрика в качестве материала зеркала позволяет выполнить последние многослойными диэлектрическими, имеющими существенно меньшие оптические потери, чем металлические зеркала, и обеспечить более высокие спектральные характеристики интерферометра.

При электростатическом управлении расстоянием между упруго закрепленными зеркалами путем непосредственного подключения зеркал к источнику управляющего напряжения наблюдается эффект «схлопывания», когда вследствие квадратичной зависимости силы притяжения от напряженности поля при увеличении подаваемого напряжения и соответствующем уменьшении зазора до величины ~2/3 от первоначального его значения происходит резкое притяжение зеркал друг к другу без дальнейшего увеличения управляющего напряжения. В рассматриваемом случае, когда электрическое поле между непосредственно подсоединенными к источнику управляющего напряжения тонкопленочными электродами распределено между пространством диэлектрических пластин и воздушным зазором, при уменьшении зазора вследствие увеличения напряжения имеет место замедление роста напряженности поля в зазоре (напряженность растет в меньшее число раз, чем напряжение), что может ослабить эффект «схлопывания» или его предотвратить.

Применение переменного напряжения в рассматриваемом на фигуре 3 варианте предпочтительнее, чем постоянного напряжения, так как позволяет избежать неконтролируемого перераспределения электрического поля вследствие электрических утечек по поверхности диэлектрика и перераспределения поверхностных электрических зарядов.

Изготовление устройства по изобретению предполагает следующие этапы, иллюстрируемые на фигуре 4 применительно к устройству на фигуре 2, хотя все излагаемое относится ко всем видоизменениям устройства по изобретению. Сначала изготавливаются по отдельности пластина 1 с зеркалами, электродами и столбиками и пластина 11 с мембраной, электродами и зеркальным слоем, затем они накладываются так, что столбики упираются в мембрану, образовавшийся пакет сжимается механически; усилия прижима прикладываются к областям мембраны со столбиками, так как мембрана обладает малой механической прочностью. Скрепление пакета может быть проведено за счет сцепления материала столбиков с пластиной при прижатии, если использовать столбики из индия, или путем нанесения твердеющего цемента или клея на периметр стыковки пластин. После скрепления параллельность зеркал может быть недостаточной в связи с влиянием случайных пылинок, неточностей в размерах столбиков или некоторой не плоскостности поверхности пластин и мембраны.

Затем устройство укладывают на опоры 20 и 21 так, чтобы на опоры легли области со столбиками, после чего направляют сквозь пластину 1 коллимированный световой пучок 12, и в выходящем световом пучке 13 наблюдают интерференционную картину, вызванную прохождением света в воздушном промежутке 11 между зеркалами 5 и 6.

Юстировку взаимного положения зеркал проводят, прикладывая к мембране в области одного из столбиков нагревательный элемент 22 со встроенным нагревателем, прижимая его с силой P. При нажиме столбик пластически деформируется, расстояние между мембраной и пластиной 1 в области столбика уменьшается, это сказывается на положении зеркала 5. Наблюдая интерференционную картину, можно судить о достаточности деформации и необходимости деформации других столбиков. Может быть необходимым нагревать деформируемый столбик, подавая напряжение UR на встроенный нагреватель, при этом пластичность столбика увеличивается.

На фигуре 5 показано, что близким к описанному методом можно проводить юстировку положения зеркала, выборочно нагревая столбик 4 лазерным лучом 23, сфокусированным линзой Л в световое пятно 24. Скрепленное устройство укладывается на плоскую опору 25; также, как в предыдущем случае, наблюдается интерференционная картина. Облучение проводят при интенсивности излучения в световом пятне, достаточной для импульсного расплавления верхней, прилегающей к поверхности мембраны 15 части столбика 4, при этом мембрана, выполненная, например, из кварцевого стекла, останется неповрежденной. Расплавление приведет к деформации столбика и изменению расстояния между мембраной и пластиной в области столбика.

С точки зрения обеспечения прочности устройства, скрепленного столбиками, важным является обеспечение адгезии материала столбиков к мембране и пластине. Адгезия может быть обеспечена известными методами, включающими нанесение адгезионного подслоя, например, пленки хрома, и др.

При изготовлении всего устройства применяются обычные для оптических производств материалы: стекло для пластин, металлические и диэлектрические пленки на подложках для зеркал и электродов металлизации, оптические цементы и клеи.

Результаты подтверждают, что представленное изобретением устройство в виде электрически управляемого многолучевого интерферометра функционирует в соответствии с поставленными задачами. Рассматриваемый в изобретении способ изготовления устройства также вполне выполним с использованием известных технологических приемов и доступных материалов, и также приводит к достижению поставленных задач.

Таким образом, подтверждается возможность решения поставленной задачи: создание электростатически управляемого оптического устройства, выполняющего функции интерферометра Фабри-Перо с плавной перестройкой спектра пропускания и возможностью индикации значения длины волны пропускания.

Подобный интерферометр, по нашему мнению, может найти применение в качестве оптического элемента в широко распространенных оптических системах, в качестве диспергирующего элемента в монохроматорах и спектрометрах, в том числе, электрически перестраиваемых. Устройство может иметь модификации, работающие в различных диапазонах спектра.

Техническим результатом изобретения является создание компактного электрически перестраиваемого по спектру в диапазоне до октавы монохроматора оптического излучения.

Преимуществом устройства перед известными является его компактность - он может быть выполнен в габаритах чипа микросхемы.

1. Устройство электрически управляемого оптического прибора, содержащее скрепленные между собой, расположенные с регулируемым воздушным зазором пластины с тонкопленочными проводящими или диэлектрическими зеркалами и проводящими тонкопленочными электродами, причем проводящие элементы подсоединены электрически к внешним электронным устройствам, регулированием зазора за счет изменения силы электростатического притяжения, отличающееся тем, что пластины соединены столбиками, расположенными между их смежными поверхностями с тонкопленочными зеркалами, причем первая пластина в месте расположения столбиков утонена до образования плоской мембраны, одна из плоскостей которой совпадает с плоскостью зеркала, тогда как по крайней мере один проводящий элемент на первой пластине имеет емкостную связь с противостоящим проводящим элементом на второй пластине.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая пластина составная, утонение выполнено в виде накладной прикрепленной плоской мембраны с тонкопленочным зеркалом на поверхности.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что столбики выполнены из материала, деформируемого, в том числе при нагревании.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зеркало и проводящий электрод размещены на противоположных сторонах пластины, причем зеркало может быть многослойным диэлектрическим.

5. Способ изготовления устройства электрически управляемого оптического прибора, содержащего скрепленные между собой, расположенные с регулируемым воздушным зазором пластины с тонкопленочными проводящими или диэлектрическими зеркалами и проводящими тонкопленочными электродами, отличающийся тем, что пластины с тонкопленочными зеркалами и тонкопленочными электродами и столбиками скрепляют между собой в единый пакет с использованием механического их прижатия друг к другу и скрепления, после чего производят юстировку параллельности пластин с применением выборочной деформации столбиков или их импульсным нагреванием, или импульсным механическим напряжением, или с применением обоих воздействий одновременно, причем деформацию проводят с контролем интерференционной картины, возникающей при освещении устройства посторонним излучателем.



 

Похожие патенты:
Фильтр может быть использован в оптических устройствах связи и спектрометрах комбинационного рассеяния света. Фильтр содержит диэлектрическую подложку с нанесенными на нее тонкопленочными слоями диэлектриков с чередующимися высоким показателем преломления nH и низким показателем преломления nL.

Фильтр может быть использован в оптических устройствах связи и спектрометрах комбинационного рассеяния света. Фильтр содержит полуволновые слои диэлектрика, являющиеся резонаторами, и прилегающие к ним многослойные диэлектрические зеркала, разделяющие один резонатор от другого и от окружающего пространства, все вместе образующие симметричную конструкцию.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и касается способа компенсации температурного смещения полосы пропускания интерференционно-поляризационного фильтра.

Фильтр может быть использован в оптических устройствах связи и спектрометрах комбинационного рассеяния света. Фильтр содержит симметричную конструкцию из чередующихся диэлектрических слоев с высоким и низким показателем преломления, образующую систему однослойных резонаторов, разделенных один от другого и от окружающего пространства прилегающими многослойными зеркалами.

Изобретение может быть использовано в оптических системах для уменьшения ширины полосы пропускания излучения, в том числе излучения мощных диодных лазеров. Интерференционный фильтр содержит прозрачную подложку с расположенной на ней многослойной системой, состоящей из чередующихся прозрачных диэлектрических слоев четвертьволновой оптической толщины из материалов с высоким и низким показателями преломления.

Изобретение относится к оптике и касается способа повышения плотности мощности светового излучения внутри среды. Способ включает в себя формирование среды в виде многослойной периодической структуры, имеющей в спектре пропускания запрещенную зону, а также узкие резонансные пики полного пропускания и направление в эту среду излучения, длина волны которого совпадает с одним из резонансных пиков полного пропускания.

Сканирующее интерференционное устройство содержит подложки с зеркальным покрытием с регулированием положения при помощи пьезоэлемента, подключенного к источнику переменного напряжения.

Изобретение может быть использовано для быстрой перестройки или сканирования спектра пропускания или отражения излучения в сенсорных и спектральных системах. Интерферометр содержит корпус, выполненный в виде двух установленных перпендикулярно к оптической оси фланцев с осевыми сквозными отверстиями, и двухзеркальный резонатор, расположенный в отверстиях фланцев, каждое зеркало которого закреплено на соответствующем фланце с помощью пьезоэлектрического элемента.

Предложен парный оптикопеременный защитный элемент, который включает первое и второе оптикопеременные тонкопленочные многослойные интерференционные устройства, причем первое и второе оптикопеременные интерференционные устройства расположены таким образом, что они могут быть рассмотрены совместно.

Устройство для получения широкоугольного изображения содержит оптическую систему и широкоугольный дихроический отрезающий фильтр, расположенный вблизи поверхности линзы в оптической системе.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается устройства спектральной селекции оптического излучения. Устройство состоит из расположенных вдоль оптической оси входной оптической системы и интерферометра Фабри-Перо.

Сканирующее интерференционное устройство содержит подложки с зеркальным покрытием с регулированием положения при помощи пьезоэлемента, подключенного к источнику переменного напряжения.

Изобретение может быть использовано для быстрой перестройки или сканирования спектра пропускания или отражения излучения в сенсорных и спектральных системах. Интерферометр содержит корпус, выполненный в виде двух установленных перпендикулярно к оптической оси фланцев с осевыми сквозными отверстиями, и двухзеркальный резонатор, расположенный в отверстиях фланцев, каждое зеркало которого закреплено на соответствующем фланце с помощью пьезоэлектрического элемента.

Светофильтр содержит плоскую прозрачную пластину с тонкопленочным прозрачным покрытием одной ее поверхности. В первом варианте светофильтр содержит также оптическую призму ввода излучения, закрепленную плоской гранью на тонкопленочном покрытии вблизи конца пластины.

Предлагаемое изобретение относится к оптическим измерениям. Способ измерения показателя преломления газовых сред основан на измерении частоты одночастотного перестраиваемого лазера, настроенного на максимум выбранной моды высокостабильного интерферометра Фабри-Перо, когда межзеркальное пространство заполнено газовой средой и когда оно вакуумировано.

Изобретение относится к оптике, к оптическим устройствам, основанным на использовании явлений интерференции световых потоков, например, использовании резонаторов Фабри-Перо, применяемых в научных исследованиях и технике для спектрального анализа и монохроматизации света.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к оптике, к оптическим устройствам, основанным на использовании явлений интерференции световых потоков, например, резонаторов Фабри-Перо, применяемых в научных исследованиях и технике для спектрального анализа и монохроматизации света.

Способ изготовления фильтра интерференционного включает в себя оптическое соединение между собой N цилиндрических оптических элементов с образованием многокомпонентного интерференционного фильтра. На боковую поверхность каждого оптического элемента наносят интерференционное покрытие, на входной торец многокомпонентного интерференционного фильтра наносят двухмерный растр, посредством которого формируют набор дифрагированных пучков, падающих под разными углами на входной торец фильтра, представляющий собой набор элементарных торцевых площадок многокомпонентного интерференционного фильтра. При этом каждый из элементарных дифрагированных пучков при прохождении цилиндрического оптического элемента многокомпонентного интерференционного фильтра претерпевает многократные отражения внутри каждого оптического элемента с интерференционным покрытием, производя на выходном торце многокомпонентного интерференционного фильтра селекцию электромагнитных волн различной длины. Технический результат заключается в обеспечении возможности селекции совокупности узких спектральных диапазонов длин волн (частот) при освещении интерференционного фильтра потоком излучения от источника с широким спектром длин волн. 3 ил.

Изобретение относится к устройству, которое использует явление интерференции световых потоков, а именно к резонатору Фабри-Перо. Устройство содержит скрепленные между собой расположенные с регулируемым воздушным зазором пластины с тонкопленочными проводящими или диэлектрическими зеркалами и проводящими тонкопленочными электродами. Причем проводящие элементы подсоединены электрически к внешним электронным устройствам, регулированием зазора за счет изменения силы электростатического притяжения. Пластины скреплены столбиками. Первая пластина в месте расположения столбиков утонена до образования плоской мембраны, одна из плоскостей которой совпадает с плоскостью зеркала, тогда как по крайней мере один проводящий элемент на первой пластине имеет емкостную связь с противостоящим проводящим элементом на второй пластине. Технический результат заключается в обеспечении компактности и плавной перестройки спектра пропускания оптического излучения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх