一种基于多次反射的光束平移装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于多次反射的光束平移装置，其特征在于，包括自上而下平行设置的第一波导结构和第二波导结构，所述第一波导结构和第二波导结构之间间距一定距离，所述第一波导结构自上而下依次包括第一金属衬底层、第一光学玻璃层和第一金属耦合层，所述第二波导结构自上而下依次包括第二金属耦合层、第二光学玻璃层和第二金属衬底层，所述第一金属耦合层和第二金属耦合层是金膜层或银膜层。使激光束通过单次反应获得更大的位移，而通过多次反射来累积这种位移以便分辨或者使用，进一步的，方便调节装置。
【专利说明】一种基于多次反射的光束平移装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种基于多次反射的光束平移装置。
【背景技术】
[0002] 光束在两种介质界面上全反射时，反射点相对于入射点在相位上有一突变，而反 射光相对于入射光在空间上有一段距离，这一距离被称为古斯一汉欣位移。由于在一般情 况下，光束的侧向位移在波长量级，而激光束本身具有一定的束腰宽度，比如针对毫米的量 级宽度的激光束而言，单次全反射所产生的古斯一汉欣位移与光束本身的宽度相比显得很 小，给应用这种侧向位移带来很大困难。
[0003] 在现有研究中，光束平移控制主要原理是基于全反射时产生的古斯一汉欣位移效 应或者IF位移效应，已研究的相关结构包括各种光学薄膜(薄介质板)结构、金属或者kerr 材料，含各向异性特征或手性特征的材料、负折射率材料和光子晶体等。
[0004] 本专利使用平行设置的两个金属包覆波导结构，通过多次反射来使波长量级的古 斯-汉欣位移累加以便应用，使激光束通过单次反应获得更大的位移，而通过多次反射来 累积这种位移以便分辨或者使用。可广泛应用于集成光学中，比如可以广泛应用于设计光 学逻辑器件、全光通讯网络、乃至光计算机的设计中。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种基于多次反射的光束平移装置，使激光束通过单 次反应获得更大的位移，而通过多次反射来累积这种位移以便分辨或者使用，进一步的，方 便调节装置。
[0006] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
[0007] -种基于多次反射的光束平移装置，其特征在于，包括自上而下平行设置的第一 波导结构和第二波导结构，所述第一波导结构和第二波导结构之间间距一定距离，所述第 一波导结构自上而下依次包括第一金属衬底层、第一光学玻璃层和第一金属耦合层，所述 第二波导结构自上而下依次包括第二金属稱合层、第二光学玻璃层和第二金属衬底层，所 述第一金属耦合层和第二金属耦合层是金膜层或银膜层。
[0008] 金属耦合层沉积在光学玻璃层一侧，金属衬底层沉积在光学玻璃层另一侧，光学 玻璃层为导波层，当入射光束耦合进波导结构，光学玻璃层形成被激发的导模，导模的激发 增强了全反射时的侧向位移效应，通过多次反射，可获得侧向位移更大的出射光束，可达微 米量级，方便后续的应用。能够控制激光光束在微米甚至纳米尺度内精确的侧向位移。
[0009] 进一步的，所述第二波导结构底部设置有底座，所述底座两端至少设置有一个支 柱，所述支柱顶部设置有水平直杆，所述第一波导结构的顶部固定设置有可沿着水平直杆 滑动的滑块。由于光束平移装置产生的位移是可正可负的，也可以是临界状态（即光束理论 上会停留在原处)，因此优选光束平移装置的位置是可调节的，相同的入射点，第一波导结 构的水平位置是可以调节的，方便获得出射光。
[0010] 本实用新型的有益效果是：使激光束通过单次反应获得更大的位移，而通过多次 反射来累积这种位移以便分辨或者使用，进一步的，方便调节装置，获得出射光。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为本实用新型一种基于多次反射的光束平移装置的结构示意图；
[0012] 图2为利用有限元方法的数值仿真结果示意图；
[0013] 图3为本实用新型一种可调节的基于多次反射的光束平移装置的结构示意图；
[0014] 图4为四种情形下位移的放大示意图；
[0015] 附图的标记含义如下：
[0016] 1 :第一波导结构；2 :第二波导结构；31 :第一金属稱合层；32 :第二金属稱合层； 41 :第一光学玻璃层；42 :第二光学玻璃层；51 :第一金属衬底层；52 :第二金属衬底层；6 : 底座；7 :水平直杆；8 :第一支柱；9 :第二支柱；10 :滑块。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和具体的实施例对本实用新型技术方案作进一步的详细描述，以使 本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实 用新型的限定。
[0018] 如图1所示，一种基于多次反射的光束平移装置，包括自上而下平行设置的第一 波导结构1和第二波导结构2,所述第一波导结构1和第二波导结构2之间间距一定距离， 即第一波导结构1和第二波导结构2之间的空隙是空气。需说明的是，为了便于区分，分别 在相同部件名称前加了第一或第二作为限定，后续的名称也是。波导结构（即第一波导结构 1和第二波导结构2)也可以称作为金属包覆波导结构，所述第一波导结构1自上而下依次 包括第一金属衬底层51、第一光学玻璃层41和第一金属稱合层31，所述第二波导结构2自 上而下依次包括第二金属稱合层32、第二光学玻璃层42和第二金属衬底层52,所述第一金 属耦合层31和第二金属耦合层32是金膜层或银膜层，即材质是金或银形成的膜层。
[0019] 其中，第一金属衬底层51和第二金属衬底层52可以是材质为金的金衬底层，优 选第一金属衬底层51和第二金属衬底层52厚度为80-150nm。一般选用第一光学玻璃层 41和第二光学玻璃层42厚度为lum，而第一金属稱合层31和第二金属稱合层32厚度为 20_30nm。
[0020] 当入射光束耦合进波导结构，光学玻璃层形成被激发的导模，导模的激发增强了 全反射时的侧向位移效应，通过多次反射，可获得侧向位移更大的出射光束，可达微米量 级，方便后续的应用。图1中，虚线（a)代表没有产生位移时的光线，实线（b)代表经光束平 移装置后产生位移的光线，可见每经过一次全反射，位移就增大。
[0021] 图2中是利用有限元方法的数值仿真结果示意图，其中波导结构的参数为金膜层 厚度为20nm，光学玻璃层厚度为lum，金衬底层厚度为100nm，入射光波长为700nm。由于在 光学玻璃层中明显可以看到有导模激发并且沿着波导结构传播，每一次全反射都伴随着一 定的侧向位移，图中仅仅仿真了两次全反射的情况，从图中可见，最终的出射光的侧向位移 是两次全反射位移的叠加，且最终的反射光束并没有产生较大的形变。
[0022] 另外，由于光束平移装置产生的位移是可正可负的，也可以是临界状态（即光束理 论上会停留在原处)，因此优选光束平移装置的位置是可调节的，相同的入射点，第一波导 结构1的水平位置是可以调节的，方便获得出射光。具体横截面图参见图3,其中：
[0023] 所述第二波导结构2底部设置有底座6,所述底座6两端至少设置有一个支柱，t匕 如可以在左右两端分别设置第一支柱8和第二支柱9,第一支柱8和第二支柱9的顶部之间 设置有水平直杆7,所述第一波导结构1的顶部固定设置有可沿着水平直杆7滑动的滑块 10,滑动滑块10,可以带动第一波导结构1沿着水平直杆7做水平方向的位移。
[0024] 图4列出了四种情形下位移的放大示意图，实际使用中，可以固定入射点a和第二 波导结构2,而仅滑动第一波导结构1，为了图片的简洁，并未示出可调节部分，本领域技术 人员可根据上述文字说明实现，其中，黑色的部分表示波导结构（即第一波导结构1和第二 波导结构2)，为了看得清楚，把光线前进的路线和波导结构分开一点距离。四种情形之中， 光线都是由入射点a点传输到出射点b点。情形1可以看到，在正位移的条件下，光束始终 是向前进的（图中的右侧);情形2,如果是负位移比较小，光束会传输比较慢；情形3,当负的 位移达到临界状态，光束会停留在原处(理论上）;情形4,当负位移比较大的时候，光束会向 图中的左侧传输，即倒退传输。可以通过改变波导结构的参数、两个波导结构之间的距离、 入射光的波长、让光束或者向左传输，或者向右传输，完全由人为控制。由于不同的情形，出 射点b的位置也不是固定的，因此可以通过调节第一波导结构1的水平位置来平移光束且 方便采集出射点b。
[0025] 以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是 利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运 用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1. 一种基于多次反射的光束平移装置，其特征在于，包括自上而下平行设置的第一波 导结构（1)和第二波导结构（2)，所述第一波导结构（1)和第二波导结构（2)之间间距一 定距离，所述第一波导结构（1)自上而下依次包括第一金属衬底层（51)、第一光学玻璃层 (41)和第一金属耦合层（31)，所述第二波导结构（2)自上而下依次包括第二金属耦合层 (32)、第二光学玻璃层（42)和第二金属衬底层（52)，所述第一金属稱合层（31)和第二金属 耦合层（32)是金膜层或银膜层。
2. 根据权利要求1所述的一种基于多次反射的光束平移装置，其特征在于，所述第二 波导结构（2)底部设置有底座（6)，所述底座（6)两端至少设置有一个支柱，所述支柱顶部 设置有水平直杆（7)，所述第一波导结构（1)的顶部固定设置有可沿着水平直杆（7)滑动的 滑块（10)。
3. 根据权利要求2所述的一种基于多次反射的光束平移装置，其特征在于，所述第一 金属衬底层（51)和第二金属衬底层（52)是金衬底层。
4. 根据权利要求2所述的一种基于多次反射的光束平移装置，其特征在于，所述第一 金属衬底层（51)和第二金属衬底层（52)厚度为80-150nm。
5. 根据权利要求4所述的一种基于多次反射的光束平移装置，其特征在于，所述第一 光学玻璃层（41)和第二光学玻璃层（42)厚度为lum。
6. 根据权利要求4所述的一种基于多次反射的光束平移装置，其特征在于，所述第一 金属耦合层（31)和第二金属耦合层（32)厚度为20-30nm。
【文档编号】G02F1/01GK203870349SQ201420290822
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】殷澄, 李建, 单鸣雷, 高远, 韩庆邦, 朱昌平 申请人:河海大学常州校区