利用相位调制的热控空间光调制器制造技术

装置（４３）包括薄膜干涉滤光器结构（１０），所述薄膜干涉滤光器结构（１０）对在预定的波长范围内的入射光能具有大体上为波长依赖性的谐振响应。所述薄膜干涉滤光器结构（１０）包括具有可热调谐光学特性的可热调谐层（１６），使得由所述可热调谐层的热状态的相应范围引起所述可热调谐层（１６）的波长依赖性的谐振光学响应的范围。所述薄膜干涉滤光器结构（１０）被构造成（１）在所述可热调谐层（１６）处接收热能（５１）的空间变化图案，以赋予与所述可热调谐层（１６）的所述可热调谐特性对应的空间变化图案，并且（２）接收进入所述可热调谐层（１６）的所述入射光能（２２），并且输出具有与所述可热调谐特性的所述空间变化图案（５１）对应的空间调制的输出光能（２６）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在本文中被称为光调制器的固态光束可调谐器件的领域。
技术介绍
US 7,002,697 B2公开了一种光学仪器，其包括具有可调谐通带的热-光可调谐、薄膜、自由空间干涉滤光器，所述干涉滤光器起着波长选择器 的作用。所述滤光器包括一层沉积在另一层上面并且形成法布里-珀罗谐振 腔结构的非晶硅和电介质材料的一系列交替层，所述的法布里-珀罗谐振腔 结构具有形成第一反射镜的第一多层薄膜干涉结构；沉积在第一多层干 涉结构上面的非晶硅薄膜隔体层；以及沉积在薄膜隔体层上面并且形成第 二反射镜的第二多层薄膜干涉结构。该滤光器还包括用于将光束耦合到 滤光器中的透镜；用于在光束与干涉滤光器相互作用后接收光束的光检测 器；以及用于加热热-光可调谐干涉滤光器以控制通带的位置的电路。US 7,049,004 B2公开了包括一个或多个具有热-光可调谐折射率的层 的动态可调谐薄膜干涉涂层。薄膜干涉涂层内的可调谐层使得一类新的用 于光的过滤、控制和调制的薄膜有源(active)器件成为可能。有源薄膜结构 可以直接用于或集成到各种光子学子系统中，以制造可调谐激光器、用于 光纤远程通信的可调谐插分滤光器(add-drop filter)、可调谐偏振器、可调 谐色散补偿滤光器、以及许多其它装置。
技术实现思路
根据本专利技术，公开了一种包括薄膜干涉滤光器结构的装置，所述的薄 膜干涉滤光器结构具有对在预定的波长范围内的入射光能大体上为波长 依赖性的谐振响应。薄膜干涉滤光器结构包括至少一个具有可热调谐的光 学特性的可热调谐层，使得由可热调谐层的热状态的相应范围引起可热调 谐层的波长依赖性的谐振光学响应范围。薄膜干涉滤光器结构被构造成(1)在可热调谐层处接收热能的空间变化图案(pattem)，以赋予与可热调谐层 的可热调谐特性对应的空间变化图案，并且(2)接收进入可热调谐层的入射 光能并输出具有与可热调谐特性的空间变化图案对应的空间调制的光能。 所述装置可以用于各种应用，包括红外线成像和作为显示器如视觉显 示器的部分。在另一类实施方案中，所述装置可以用于光通信系统，例如 作为插分复用器(add-drop multiplexer)或进行波长选择性处理的其它装置的部分。 附图说明从以下对附图中示出的本专利技术的具体实施方案的描述中，本专利技术的上 述和其它目的、特征和优点将变得明显，在附图中，在全部不同的视图中 的相同标记表示相同的部件。附图不一定是按比例绘制的，而是将重点放 在说明本专利技术的原理上。图1是根据本专利技术的一个实施方案的薄膜热控(thermally controlled) 空间光调制器的示意性侧视图2-9是根据本专利技术的各种实施方案的薄膜热控空间光调制器的示意 性侧视图10是根据本专利技术的一个实施方案的薄膜热控空间光调制器的示意 性平面图11是根据本专利技术的一个实施方案的薄膜热控空间光调制器的示意 性侧视图12是显示图11的空间光调制器的作为波长的函数的相位响应的图13是示出空间光调制器在系统或应用中的使用的概括框图14是根据本专利技术的另一个实施方案的薄膜热控空间光调制器的示图15是显示用于图14的空间光调制器的温度控制信号的图16是显示图14的空间光调制器的作为波长的函数的相位响应的图17示出图14的空间光调制器的操作；8图18是更详细地显示空间光调制器的层状结构的示意性侧视图19是显示由于在空间光调制器中利用非零偏置而促动的作为相位 的函数的信号响应的图20是示出在本专利技术的一个实施方案中可使用的某些机械特征的空 间光调制器的侧视图21是图20的空间光调制器的平面图22是显示根据本专利技术的一个实施方案的具体光学结构的使用的框图23(a)和23(b)是在图22的系统中的合成图像的分量的示意性表示；以及图24是在图23的系统中使用的空间傅里叶滤光器的图。 具体实施例方式图1显示薄膜热控空间光调制器(SLM)。SLM包括由第一反射镜12(以 下也称为"后反射镜")、第二反射镜14(以下也称为"前反射镜")和光学 层16形成的光学谐振结构10。 SLM还包括位于上表面20的空间分布的 热元件18，这些热元件18起到把到达/来自光学谐振结构10的各个区域 的热能进行耦合的作用。光学层16由某种材料(或多种材料的组合)制成， 该材料具有可热调谐光学性能，使得SLM上的热变化导致SLM的光学谐 振特性的相应变化。在所示出的实施方案中，在光束22(如下面更详细地 描述，其可以为单色的或多色的)的预定波长处，第一反射镜12基本上为 全反射的，而第二反射镜14为部分反射的。例如，第一反射镜12可以具 有高于99%的反射率，而第二反射镜14具有约50%的反射率。根据应用， 第二反射镜14的反射率可以随应用而显著地变化(例如从10%至90%)。如 下面参考图18所描述，任选地，可以增加另外的高反射材料层以进一步 改善第一反射镜12的反射率。在操作中，图1的SLM在热元件18处接收热能的空间分布，并且在 下表面24处接收入射光束22。术语"上"和"下"仅仅是为了便于参考 而使用的，而不意指SLM的任何具体的空间朝向或构造。谐振光学结构 10对入射光束22的光能赋予相位调制的空间分布，以产生具有由相位调制导致的所需特性的输出光束26。例如，所需特性可以是与经由热元件 18接收的热像(thermal image)对应的相位变化的空间分布，或者它可以 是在SLM的具体应用中所需要的其它类型的特性中的一种。下面给出具 体实例。应当指出，虽然图1的SLM被构造成以反射(输出光束26与入 射光束22的传播方向相反地传播)方式操作，但是备选实施方案可以被构 造成以透射方式操作。通常，适宜的是光学层16的一种或多种材料表现出大于约1(T5/K的 热光系数(作为温度T的函数的折射率n的实部的归一化导数)，即|(l/n)(dn/dT)|> 10-5/K这种材料，例如非晶硅，在将热表示的信息(经由热元件18接收)转换为可 用的光学相位调制图案的过程中提供相对高的增益。应当指出，热元件18是可以存在于备选实施方案中的不同类型的热 有源结构的一般表示。在下面描述的一种实施方案中，热元件18采取辐 射吸收器的形式。在同样在下面描述的另一种实施方案中，它们采取电控 (electrically controlled)电阻元件的形式。下面还涉及其它变化。图2显示图1的一般SLM的变体，其中形成彼此相对绝热的各个部 分28，以产生绝热区。每个部分包括各自的有源区域30，其通过一个或 多个绝热区32与相邻部分28的有源区域30隔开。这种分割可以以多种 方式实现，包括例如进行如图1的薄膜结构的图案化蚀刻。通过改善SLM 的不同区域间的绝热，分割可以显著地提高空间分辨率和对比度。应注意， 由绝热区32提供的绝热可以根据应用改变，并且绝热的改变程度可以通 过产生绝热区32的不同方法而提供。还可以调节横跨SLM的绝热区32 的空间频率，以改变绝热区对输出光束26的贡献。在一个实施方案中， 绝热区32的空间频率可以是热元件18的空间频率的两倍，从而在衍射系 统中产生信号，使其处于比来自热元件18的主信号更高的阶数并且可从 中分离。应当指出，在图2的实施方案中，部分28可以被分成散置(intersperse本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括薄膜干涉滤光器结构的装置，所述薄膜干涉滤光器结构对在预定的波长范围内的入射光能具有大体上为波长依赖性的相位响应，　所述薄膜干涉滤光器结构包括至少一个可热调谐层，使得由所述可热调谐层的热状态的相应范围引起波长依赖性的相位响应的范 围，　所述薄膜干涉滤光器结构被构造成（１）在所述可热调谐层处接收热能的空间变化图案，并且（２）接收进入所述可热调谐层的所述入射光能，并且将与所述热能的空间变化图案对应的空间相位调制赋予输出光能。

【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：马蒂亚斯瓦格纳，伍叔云，查尔斯M马歇尔，尤金Y玛，约翰F希纽，
申请(专利权)人：红移系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]