Lyskobling til frirum ved hjælp af buede mikrospejle

Mikrospejle er spejle i mikrometerskala, der er meget udbredt i mange applikationer, hovedsageligt i optisk fibertelekommunikation, optiske scannere og optisk instrumentering. Mikrospejle kan integreres i fotoniske chips, som kan ses som de miniaturiserede modstykker til de makroskopiske optiske bænke. I optisk kommunikation er mikrospejle vigtige byggesten til krydskoblere, variable optiske dæmpere og lasere, der kan indstilles til eksternt hulrum. I alle disse applikationer er effektiviteten af ​​at koble lys ind og ud fra disse mikrospejle en nøgleindikator for signalkvaliteten. I instrumentering er mikrospejle også vigtige byggesten i optiske interferometre og optiske resonatorer. I disse tilfælde er koblingseffektiviteten også en nøgleindikator, der påvirker de metrologiske egenskaber.

I et forskningspapir for nylig offentliggjort i Journal of Optical Microsystems , analyserede forskere ledet af Yasser Sabry fra Ain Shams University i Egypten mikrospejls adfærd afhængigt af forskellige egenskaber, såsom form, højde og overfladekvalitet. De analyserede også virkningen af ​​fejljustering af indfaldende lys under hensyntagen til både forskydning uden for aksen og vinkelforskydning.

Langt de fleste mikrospejle er flade, og den tilsvarende højde er normalt begrænset til 80 μm på grund af mikrofabrikationsbegrænsninger. Ud over denne grænse forringes vertikaliteten og ruheden af ​​den ætsede overflade. Man skal holde lysplettens størrelse mindre end spejlhøjden for at opnå en rimelig gennemstrømning. Dybere mikrospejle er yderst ønskelige, men de er svære at fremstille. Buede mikrospejle er i princippet mere interessante end flade spejle, selvom de er sværere at fremstille. Mange nyligt rapporterede teknikker har demonstreret fremstilling af sådanne mikrospejle med både 2D- og 3D-former. Forskerne foreslog derfor en detaljeret analyse af potentialet af sådanne buede spejle.

De studerede i detaljer frirumskoblingen af ​​gaussiske lysstråler ved hjælp af flade og buede mikrospejle. Den teoretiske baggrund og de ikke-ideelle effekter, såsom begrænset mikrospejludstrækning, asymmetri i krumningen af ​​sfæriske mikrospejle, fejljusterede akser og mikrospejls overfladeuregelmæssigheder blev analyseret. De afledte formler blev brugt til at studere og sammenligne teoretisk og eksperimentelt adfærden af ​​flade (1D), cylindriske (2D) og sfæriske (3D) mikrospejle. Analysen fokuserede på dimensionsregimet, hvor den buede mikrospejls krumningsradius er sammenlignelig med den indfaldende stråle Rayleigh-området, hvilket også svarer til en referencepletstørrelse.

Forskerne udledte en overførselsmatrixbaseret felt- og effektkoblingskoefficienter for generelle mikro-optiske systemer, der tager højde for forskellige matrixparametre i mikrosystemets tangentielle og sagittale planer under hensyntagen til de mulige ikke-idealiteter. De præsenterede resultaterne i form af normaliserede mængder, således at resultaterne forbliver generelle og anvendelige til forskellige situationer. Derudover blev siliciummikrospejle fremstillet med kontrollerede former og blev brugt til eksperimentelt at validere koblingseffektiviteten i synlige og nær infrarøde bølgelængder. + Udforsk yderligere

Forskere beviser eksperimentelt fladt spejls evne til at fokusere lys