一種基于多次反射的光束平移裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于多次反射的光束平移裝置，其特征在于，包括自上而下平行設(shè)置的第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間間距一定距離，所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)自上而下依次包括第一金屬襯底層、第一光學(xué)玻璃層和第一金屬耦合層，所述第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)自上而下依次包括第二金屬耦合層、第二光學(xué)玻璃層和第二金屬襯底層，所述第一金屬耦合層和第二金屬耦合層是金膜層或銀膜層。使激光束通過單次反應(yīng)獲得更大的位移，而通過多次反射來累積這種位移以便分辨或者使用，進(jìn)一步的，方便調(diào)節(jié)裝置。
【專利說明】一種基于多次反射的光束平移裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種基于多次反射的光束平移裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 光束在兩種介質(zhì)界面上全反射時(shí)，反射點(diǎn)相對(duì)于入射點(diǎn)在相位上有一突變，而反 射光相對(duì)于入射光在空間上有一段距離，這一距離被稱為古斯一漢欣位移。由于在一般情 況下，光束的側(cè)向位移在波長量級(jí)，而激光束本身具有一定的束腰寬度，比如針對(duì)毫米的量 級(jí)寬度的激光束而言，單次全反射所產(chǎn)生的古斯一漢欣位移與光束本身的寬度相比顯得很 小，給應(yīng)用這種側(cè)向位移帶來很大困難。
[0003] 在現(xiàn)有研究中，光束平移控制主要原理是基于全反射時(shí)產(chǎn)生的古斯一漢欣位移效 應(yīng)或者IF位移效應(yīng)，已研究的相關(guān)結(jié)構(gòu)包括各種光學(xué)薄膜(薄介質(zhì)板)結(jié)構(gòu)、金屬或者kerr 材料，含各向異性特征或手性特征的材料、負(fù)折射率材料和光子晶體等。
[0004] 本專利使用平行設(shè)置的兩個(gè)金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過多次反射來使波長量級(jí)的古 斯-漢欣位移累加以便應(yīng)用，使激光束通過單次反應(yīng)獲得更大的位移，而通過多次反射來 累積這種位移以便分辨或者使用。可廣泛應(yīng)用于集成光學(xué)中，比如可以廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)光 學(xué)邏輯器件、全光通訊網(wǎng)絡(luò)、乃至光計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)中。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于多次反射的光束平移裝置，使激光束通過單 次反應(yīng)獲得更大的位移，而通過多次反射來累積這種位移以便分辨或者使用，進(jìn)一步的，方 便調(diào)節(jié)裝置。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于多次反射的光束平移裝置，其特征在于，包括自上而下平行設(shè)置的第一 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間間距一定距離，所述第 一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)自上而下依次包括第一金屬襯底層、第一光學(xué)玻璃層和第一金屬耦合層，所述 第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)自上而下依次包括第二金屬稱合層、第二光學(xué)玻璃層和第二金屬襯底層，所 述第一金屬耦合層和第二金屬耦合層是金膜層或銀膜層。
[0008] 金屬耦合層沉積在光學(xué)玻璃層一側(cè)，金屬襯底層沉積在光學(xué)玻璃層另一側(cè)，光學(xué) 玻璃層為導(dǎo)波層，當(dāng)入射光束耦合進(jìn)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，光學(xué)玻璃層形成被激發(fā)的導(dǎo)模，導(dǎo)模的激發(fā) 增強(qiáng)了全反射時(shí)的側(cè)向位移效應(yīng)，通過多次反射，可獲得側(cè)向位移更大的出射光束，可達(dá)微 米量級(jí)，方便后續(xù)的應(yīng)用。能夠控制激光光束在微米甚至納米尺度內(nèi)精確的側(cè)向位移。
[0009] 進(jìn)一步的，所述第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)底部設(shè)置有底座，所述底座兩端至少設(shè)置有一個(gè)支 柱，所述支柱頂部設(shè)置有水平直桿，所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的頂部固定設(shè)置有可沿著水平直桿 滑動(dòng)的滑塊。由于光束平移裝置產(chǎn)生的位移是可正可負(fù)的，也可以是臨界狀態(tài)（即光束理論 上會(huì)停留在原處)，因此優(yōu)選光束平移裝置的位置是可調(diào)節(jié)的，相同的入射點(diǎn)，第一波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)的水平位置是可以調(diào)節(jié)的，方便獲得出射光。
[0010] 本實(shí)用新型的有益效果是：使激光束通過單次反應(yīng)獲得更大的位移，而通過多次 反射來累積這種位移以便分辨或者使用，進(jìn)一步的，方便調(diào)節(jié)裝置，獲得出射光。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本實(shí)用新型一種基于多次反射的光束平移裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為利用有限元方法的數(shù)值仿真結(jié)果示意圖；
[0013] 圖3為本實(shí)用新型一種可調(diào)節(jié)的基于多次反射的光束平移裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖4為四種情形下位移的放大示意圖；
[0015] 附圖的標(biāo)記含義如下：
[0016] 1 :第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；2 :第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；31 :第一金屬稱合層；32 :第二金屬稱合層； 41 :第一光學(xué)玻璃層；42 :第二光學(xué)玻璃層；51 :第一金屬襯底層；52 :第二金屬襯底層；6 : 底座；7 :水平直桿；8 :第一支柱；9 :第二支柱；10 :滑塊。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實(shí)用新型并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本實(shí) 用新型的限定。
[0018] 如圖1所示，一種基于多次反射的光束平移裝置，包括自上而下平行設(shè)置的第一 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1和第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)2,所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1和第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)2之間間距一定距離， 即第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1和第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)2之間的空隙是空氣。需說明的是，為了便于區(qū)分，分別 在相同部件名稱前加了第一或第二作為限定，后續(xù)的名稱也是。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（即第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 1和第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)2)也可以稱作為金屬包覆波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1自上而下依次 包括第一金屬襯底層51、第一光學(xué)玻璃層41和第一金屬稱合層31，所述第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)2自 上而下依次包括第二金屬稱合層32、第二光學(xué)玻璃層42和第二金屬襯底層52,所述第一金 屬耦合層31和第二金屬耦合層32是金膜層或銀膜層，即材質(zhì)是金或銀形成的膜層。
[0019] 其中，第一金屬襯底層51和第二金屬襯底層52可以是材質(zhì)為金的金襯底層，優(yōu) 選第一金屬襯底層51和第二金屬襯底層52厚度為80-150nm。一般選用第一光學(xué)玻璃層 41和第二光學(xué)玻璃層42厚度為lum，而第一金屬稱合層31和第二金屬稱合層32厚度為 20_30nm。
[0020] 當(dāng)入射光束耦合進(jìn)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，光學(xué)玻璃層形成被激發(fā)的導(dǎo)模，導(dǎo)模的激發(fā)增強(qiáng)了 全反射時(shí)的側(cè)向位移效應(yīng)，通過多次反射，可獲得側(cè)向位移更大的出射光束，可達(dá)微米量 級(jí)，方便后續(xù)的應(yīng)用。圖1中，虛線（a)代表沒有產(chǎn)生位移時(shí)的光線，實(shí)線（b)代表經(jīng)光束平 移裝置后產(chǎn)生位移的光線，可見每經(jīng)過一次全反射，位移就增大。
[0021] 圖2中是利用有限元方法的數(shù)值仿真結(jié)果示意圖，其中波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的參數(shù)為金膜層 厚度為20nm，光學(xué)玻璃層厚度為lum，金襯底層厚度為100nm，入射光波長為700nm。由于在 光學(xué)玻璃層中明顯可以看到有導(dǎo)模激發(fā)并且沿著波導(dǎo)結(jié)構(gòu)傳播，每一次全反射都伴隨著一 定的側(cè)向位移，圖中僅僅仿真了兩次全反射的情況，從圖中可見，最終的出射光的側(cè)向位移 是兩次全反射位移的疊加，且最終的反射光束并沒有產(chǎn)生較大的形變。
[0022] 另外，由于光束平移裝置產(chǎn)生的位移是可正可負(fù)的，也可以是臨界狀態(tài)（即光束理 論上會(huì)停留在原處)，因此優(yōu)選光束平移裝置的位置是可調(diào)節(jié)的，相同的入射點(diǎn)，第一波導(dǎo) 結(jié)構(gòu)1的水平位置是可以調(diào)節(jié)的，方便獲得出射光。具體橫截面圖參見圖3,其中：
[0023] 所述第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)2底部設(shè)置有底座6,所述底座6兩端至少設(shè)置有一個(gè)支柱，t匕 如可以在左右兩端分別設(shè)置第一支柱8和第二支柱9,第一支柱8和第二支柱9的頂部之間 設(shè)置有水平直桿7,所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1的頂部固定設(shè)置有可沿著水平直桿7滑動(dòng)的滑塊 10,滑動(dòng)滑塊10,可以帶動(dòng)第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1沿著水平直桿7做水平方向的位移。
[0024] 圖4列出了四種情形下位移的放大示意圖，實(shí)際使用中，可以固定入射點(diǎn)a和第二 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)2,而僅滑動(dòng)第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1，為了圖片的簡潔，并未示出可調(diào)節(jié)部分，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可根據(jù)上述文字說明實(shí)現(xiàn)，其中，黑色的部分表示波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（即第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1和第二 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)2)，為了看得清楚，把光線前進(jìn)的路線和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)分開一點(diǎn)距離。四種情形之中， 光線都是由入射點(diǎn)a點(diǎn)傳輸?shù)匠錾潼c(diǎn)b點(diǎn)。情形1可以看到，在正位移的條件下，光束始終 是向前進(jìn)的（圖中的右側(cè));情形2,如果是負(fù)位移比較小，光束會(huì)傳輸比較慢；情形3,當(dāng)負(fù)的 位移達(dá)到臨界狀態(tài)，光束會(huì)停留在原處(理論上）;情形4,當(dāng)負(fù)位移比較大的時(shí)候，光束會(huì)向 圖中的左側(cè)傳輸，即倒退傳輸?？梢酝ㄟ^改變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的參數(shù)、兩個(gè)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的距離、 入射光的波長、讓光束或者向左傳輸，或者向右傳輸，完全由人為控制。由于不同的情形，出 射點(diǎn)b的位置也不是固定的，因此可以通過調(diào)節(jié)第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)1的水平位置來平移光束且 方便采集出射點(diǎn)b。
[0025] 以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是 利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn) 用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于多次反射的光束平移裝置，其特征在于，包括自上而下平行設(shè)置的第一波 導(dǎo)結(jié)構(gòu)（1)和第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（2)，所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（1)和第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（2)之間間距一 定距離，所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（1)自上而下依次包括第一金屬襯底層（51)、第一光學(xué)玻璃層 (41)和第一金屬耦合層（31)，所述第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（2)自上而下依次包括第二金屬耦合層 (32)、第二光學(xué)玻璃層（42)和第二金屬襯底層（52)，所述第一金屬稱合層（31)和第二金屬 耦合層（32)是金膜層或銀膜層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多次反射的光束平移裝置，其特征在于，所述第二 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（2)底部設(shè)置有底座（6)，所述底座（6)兩端至少設(shè)置有一個(gè)支柱，所述支柱頂部 設(shè)置有水平直桿（7)，所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（1)的頂部固定設(shè)置有可沿著水平直桿（7)滑動(dòng)的 滑塊（10)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多次反射的光束平移裝置，其特征在于，所述第一 金屬襯底層（51)和第二金屬襯底層（52)是金襯底層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多次反射的光束平移裝置，其特征在于，所述第一 金屬襯底層（51)和第二金屬襯底層（52)厚度為80-150nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多次反射的光束平移裝置，其特征在于，所述第一 光學(xué)玻璃層（41)和第二光學(xué)玻璃層（42)厚度為lum。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多次反射的光束平移裝置，其特征在于，所述第一 金屬耦合層（31)和第二金屬耦合層（32)厚度為20-30nm。
【文檔編號(hào)】G02F1/01GK203870349SQ201420290822
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】殷澄, 李建, 單鳴雷, 高遠(yuǎn), 韓慶邦, 朱昌平 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)