Kiselmikrospeglar kopplar effektivitetsmätningar med singelmods optiska fibrer matade från monokromatisk ljuskälla, en riktningskopplare och en optisk detektor. Kredit:Yasser M. Sabry et al, Journal of Optical Microsystems (2022). DOI 10.1117/1.JOM.2.3.034001
Mikrospeglar är speglar i mikrometerskala som används allmänt i många applikationer, främst inom optisk fibertelekommunikation, optiska skannrar och optisk instrumentering. Mikrospeglar kan integreras i fotoniska chips, vilket kan ses som miniatyriserade motsvarigheter till de makroskopiska optiska bänkarna. Inom optisk kommunikation är mikrospeglar viktiga byggstenar för korskopplare, variabla optiska dämpare och avstämbara lasrar med extern kavitet. I alla dessa applikationer är effektiviteten av att koppla ljus in och ut från dessa mikrospeglar en nyckelprestandaindikator som styr signalkvaliteten. Inom instrumentering är mikrospeglar också viktiga byggstenar för optiska interferometrar och optiska resonatorer. I dessa fall är kopplingseffektiviteten också en nyckelprestandaindikator som påverkar de metrologiska egenskaperna.
I en forskningsartikel som nyligen publicerades i Journal of Optical Microsystems , analyserade forskare under ledning av Yasser Sabry från Ain Shams University i Egypten mikrospegelbeteende beroende på olika egenskaper, såsom form, höjd och ytkvalitet. De analyserade också effekterna av felinriktning av infallande ljus, med hänsyn till både off-axelfel och vinkelfel.
De allra flesta mikrospeglar är platta, och motsvarande höjd är vanligtvis begränsad till 80 μm på grund av mikrotillverkningsbegränsningar. Utöver denna gräns försämras vertikaliteten och grovheten hos den etsade ytan. Man måste hålla ljuspunktens storlek mindre än spegelhöjden för att uppnå rimlig genomströmning. Djupare mikrospeglar är mycket önskvärda, men de är svåra att tillverka. Böjda mikrospeglar är i princip mer intressanta än platta speglar, även om de är svårare att tillverka. Många nyligen rapporterade tekniker har visat tillverkning av sådana mikrospeglar med både 2D- och 3D-former. Forskarna föreslog därför en detaljerad analys av potentialen hos sådana böjda speglar.
Schematisk illustration för de kopplingsfall som studeras. Kredit:Yasser M. Sabry et al, Journal of Optical Microsystems (2022). 10.1117/1.JOM.2.3.034001.
De studerade i detalj frirumskopplingen av Gaussiska ljusstrålar med hjälp av platta och böjda mikrospeglar. Den teoretiska bakgrunden och de icke-ideala effekterna, såsom begränsad mikrospegelomfattning, asymmetri i krökningen av sfäriska mikrospeglar, felinriktade axlar och oregelbundenheter i mikrospegelytan analyserades. De härledda formlerna användes för att studera och jämföra teoretiskt och experimentellt beteendet hos platta (1D), cylindriska (2D) och sfäriska (3D) mikrospeglar. Analysen fokuserade på dimensionsregimen där den krökta mikrospegelns krökningsradie är jämförbar med den infallande strålen Rayleigh-området, vilket också motsvarar en referenspunktstorlek.
Forskarna härledde en överföringsmatrisbaserad fält- och effektkopplingskoefficienter för allmänna mikrooptiska system, som tar hänsyn till olika matrisparametrar i mikrosystemets tangentiella och sagittala plan, med hänsyn till möjliga icke-idealiteter. De presenterade resultaten i termer av normaliserade kvantiteter så att resultaten förblir allmänna och tillämpliga på olika situationer. Dessutom tillverkades mikrospeglar av kisel med kontrollerade former och användes för att experimentellt validera kopplingseffektiviteten i synliga och nära infraröda våglängder. + Utforska vidare
