形成反射介质镜的方法技术

镜面结构包括多个限定尺寸的特征。该特征包括硫属化物玻璃和热塑性聚合物的交替空间单元，并且以有序的形式特别排列，以使得该结构是高反射性的。热辅助性的方法被引入用于形成这样的结构。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权信息本申请要求2001年7月16日提交的序列号为60/305,839的临时申请(provisional application)和2002年1月23日提交的序列号为60/351,066的临时申请的优先权，这里通过引用将其全部内容结合在此。
技术介绍
本专利技术涉及光学领域，尤其是反射介质镜结构，如光纤的形成。聚合物纤维已得到广泛应用，如纺织品，这是由于其出色的机械特性，以及可提供的低成本的、大容量(high-volume)的处理技术。然而，对其光学性质的控制至今仍是相对有限的。相反地，介质镜被用来在高性能光学应用中精确地控制和操纵光，但是对这种脆性的反射镜的制造一直主要受平面几何形状限制，而且一直成本较高。平面介质镜，也被称为一维光子晶体，可呈现出高效的电磁(EM)辐射反射和精确的频率选择。汽相沉淀技术的发展已经能够高度控制膜层厚度，使得能够将这些反射镜的光谱灵敏度控制到好于1埃的绝对精度。这导致了这样的专门的应用，如，光通讯中的增益致平器(gain flattener)，在密集波分复用系统中的分插(add-drop)信道滤波器，激光谐振器部件，或简单的高效反射镜。不象金属镜，其通常吸收百分之几的入射光，介质镜可以被制造成外反射率(externalreflectivities)接近100％。一种典型的介质镜是由两种具有不同折射率的交替材料制成的介质的平面层叠(plannar stack)。虽然这些反射镜不具有完整的光子能带隙，但是最近已经表明这些镜子可以被设计成在一个宽的、可选择的频率范围内反射所有入射角和偏振状态的光。这种进步激发了将非定向介质镜用于要求在许多角度对光有强限制(confinement)或反射的实际应用的兴趣，例如，光谐振腔或空腔波导管。所有类型的介质镜的应用程度一直受与制造有关的成本和复杂程度，以及与将这些镜子沉积在非平面表面上相关的困难的阻碍，所述制造通常包括依次物理或化学沉积许多交替层。另外，所述反射镜膜是通常是易碎的且不需要依靠支撑物的。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种镜面结构。该镜面结构包括限定尺寸的多个部件(feature)。所述部件包括硫属玻璃与热塑性聚合物的交替的空间单元，并这些空间单元以有序形式特别地设置，使得该结构具有高反射性。根据本专利技术的另一方面，提供一种形成一镜面结构的方法。该方法包括形成规定尺寸的多个部件。所述部件包括硫属玻璃和热塑性聚合物的交替空间单元。该方法进一步包括以有序形式特别地设置所述部件，使得该结构具有高反射性。根据本专利技术的另一方面，提供了一种镜面结构。该镜面结构包括规定尺寸的多个部件。所述部件包括硫属玻璃和热塑性聚合物的交替空间单元。而且，所述空间单元的尺寸在1到20000纳米之间。根据本专利技术的另一方面，提供一种形成一镜面结构的方法。该方法包括形成规定尺寸的多个部件。在每一个所述部件上形成多个硫属玻璃和热塑性聚合物的空间单元。而且，该空间单元的尺寸在1到20000纳米之间。根据本专利技术的另一个方面，提供有一种镜面结构。该镜面结构包括限定尺寸的多层热塑性聚合体，和限定尺寸的多层硫属玻璃。该热塑性聚合体层和硫属玻璃层以有序的形式设置，使得该结构是高反射的。在本专利技术的另一方面，提供一种形成一镜面结构的方法。该方法包括形成多层限定尺寸的聚合物塑料，和多层限定尺寸的硫属玻璃。热塑性聚合物层和硫属玻璃层以有序的形式设置。在该制作过程的某某点，热塑性聚合物和硫属玻璃同时共同进行热处理以形成所述镜面结构。在一个方案中，热塑性聚合物层和硫属玻璃层被卷起或堆叠，并在特定温度下，所述热塑性聚合物层和硫属玻璃层被热聚集在一起或粘结在一起，使得最后得到的结构是高反射的。附图说明图1是根据本专利技术的使用所选材料制成的200μmOD光纤的照片；图2是具有在2.8和1.55之间交替的周期性折射率的一维光子晶体的光子能带图；图3A-3B是外径分别为400μm和200μm的介质光纤相对于同样直径的镀金光纤的测得的反射谱；图4A-4C是400μm外径的光纤横截面的SEM显微照片；图5是用于制作手征波导(chiral waveguide)的膜的横截面的显微照片；以及图6是PES-As2Se3拉制的光纤的显微照片。专利技术详述在其上或其中具有多层介质镜结构的聚合物光纤的制造过程中，本专利技术结合了两种不同材料的一些优点。热处理技术用于制造宏观分层介质镜结构然后将其缩小到亚微米长度尺度，因而在中红外范围建立一个光子能带隙。材料的选择包括一对非晶材料的经验识别，例如聚醚砜(poly(ether-sulfone))(PES)和三硒化二砷(As2Se3)，它们具有本质上不同的折射率但在某一热处理窗口内具有相似的热力学性质。当与晶体材料相比，无定形材料，例如无机玻璃和一些热塑性聚合物，其粘性随温度逐渐变化。这是因为当无定形材料从熔化状态冷却到玻璃状态时缺少一级热力学相变。缺少一级相变意味着自由体积和位形熵(configuration entropy)的连续变动，这些是粘性的控制因素；因此粘性不会随着温度的变化而急剧地变化。这种粘性的连续变化是最重要的因素之一，它使得无机玻璃和有机热塑性通过高速热处理来制作，例如，拉丝(drawing)，喷吹(blowing)，压制(pressing)和挤压(extrusion)。在性质匹配上存在有严峻的困难，这是为了在制造非定向镜面结构中使用相似的粘性热处理必须考虑的。所选择的材料应在一个宽的公共波长带上具有低的光吸收率。它们在所关心的处理温度应具有相似或可控的粘性，以使各层精确地保持期望的相对厚度比。另外，各层必须牢固地粘结在一起而千万不能剥离，甚至在受到热淬火时。使用As2Se3的一个好处是它不仅是一种稳定的玻璃，而且它还是一种通过热蒸发或溅射可以容易地沉积在薄膜中而不会离解的定比化合物(stoichiometric compound)。另外，As2Se3对于大约0.8到17μm的红外辐射是透明的，在中红外范围内的折射率大约是2.8。PES是一种高性能的，尺寸稳定的热塑性的，其折射率是1.55且对于从可见光范围到中红外范围的电磁波是非常透明的。可以预料上述性质匹配可以通过选择性地调整聚合物和玻璃的组合而得到进一步的优化。其他材料的组合，包括各种硫族化物、氧化物、卤化物或聚合物也是有潜在可能被用于达到相似的结果。图1是根据本专利技术用所选择的材料制成的光纤的照片。在本实施例中，所选择的材料被用来制成一个多层预成型棒(multilayerpreform rod)，其实际上是最终光纤的宏观大小的型式。为了制造介质镜光纤的预制棒，通过热蒸发在独立式的PES膜的每一侧沉积一层As2Se3膜。该PES膜的厚度在0.1-10000μm之间。然后用手将这一张大膜卷成到外径(OD)为2cm、25cm长的中空的PES棒的外部，以便形成一个具有大约20个PES和As2Se3交替层的结构。用这种方法，制造了一个具有20或更多层的周期性介质结构，而只有一次蒸汽沉积步骤是非常必需的。PES和As2Se3形成相同大小和尺寸的多个部件。这些部件被特别地排列成一种有序的形式。通过在低压和高温下在真空炉中加热，该介质结构被固化为一个固体预制棒。尤其是，所述介质结构具有一限定的次序或设计，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括限定尺寸的多个部件的镜面结构，所述部件包括硫属玻璃和热塑性聚合物的多个空间单元，其以有序形式特别地设置，使得上述结构是高反射的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约尔芬克，尚顿哈特，加里马斯卡利，布拉克泰梅尔库兰，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：US[美国]