專利名稱:可調(diào)反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種可調(diào)反射鏡,包括可調(diào)反射鏡的光學(xué)設(shè)備,以及制造這種反射鏡和這種設(shè)備的方法。
背景技術(shù):
反射鏡是用于反射光的設(shè)備。術(shù)語(yǔ)光被理解為包括可見(jiàn)電磁輻射和其他波長(zhǎng)的電磁輻射。
可調(diào)反射鏡是這樣一種反射鏡,其中能夠可控制地調(diào)節(jié)該反射鏡的反射特性。例如,可以改變反射表面的形狀(或表觀形狀),或者可以改變反射表面的位置(或表觀位置)。
一種類型的可調(diào)反射鏡是可變形反射鏡,其中能夠可控制地使反射鏡的反射表面發(fā)生變形從而提供所需的形狀。例如,能夠可控制地使球面鏡的反射表面發(fā)生變形,從而改變?cè)摲瓷溏R的曲率半徑。這種可變形反射鏡通常用在反射望遠(yuǎn)鏡中。
US5880896描述了一種供光盤記錄/再現(xiàn)裝置中使用的可變形反射鏡。通過(guò)可控制地使具有反射表面的柔性構(gòu)件發(fā)生變形來(lái)調(diào)節(jié)該反射鏡,所述構(gòu)件受靜電應(yīng)力而發(fā)生變形。
由于連續(xù)地對(duì)該反射鏡施加應(yīng)力和去掉應(yīng)力以獲得所需的形狀,故這種可變形反射鏡很容易耗損。此外,很難控制以所需方式使反射表面發(fā)生變形,因此提供良好光學(xué)性能的可變形光學(xué)反射鏡是相對(duì)昂貴的。
DE19710668描述了一種可替換的可調(diào)反射鏡10,如
圖1A和1B中所示。反射鏡系統(tǒng)10包括充滿流體14的薄膜12。通過(guò)泵16控制薄膜12中流體14的壓力。薄膜12作為可變透鏡,該透鏡的形狀(以及因此其光焦度)根據(jù)流體14的壓力而改變。圖1A示出處于低壓下的流體14,即薄膜12形成雙凹透鏡。圖1b示出處于高壓下的流體14,薄膜12形成雙凸透鏡。
剛性凸反射表面20附著于薄膜12的一個(gè)表面的中心部分18上。通過(guò)改變流體14的壓力來(lái)調(diào)節(jié)由薄膜12和反射表面20所形成的反射鏡10。因此,改變了由薄膜12形成的透鏡的光焦度,從而調(diào)節(jié)了反射鏡的表觀曲率(即,反射鏡的總光焦度,該反射鏡是由薄膜12和彎曲的反射表面20所形成的透鏡形狀結(jié)合的產(chǎn)物)。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于,由于薄膜表面和反射表面的運(yùn)動(dòng),很難保持良好的光學(xué)特性,并且這種系統(tǒng)容易受振動(dòng)的影響。此外,其容易受機(jī)械磨損的影響。
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種可調(diào)反射鏡,其解決本文中提到或沒(méi)有提到的現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供包括這種改進(jìn)的可調(diào)反射鏡的光學(xué)設(shè)備,以及制造這種改進(jìn)的可調(diào)反射鏡和這種光學(xué)設(shè)備的方法。
本發(fā)明特定實(shí)施例的目的在于提供一種可調(diào)反射鏡,其中在工作過(guò)程中,光路相對(duì)不容易受機(jī)械磨損和破損的影響。
發(fā)明概述第一方面,本發(fā)明提供了一種可調(diào)反射鏡,包括在橫截光軸延伸的彎月面上接觸的第一流體和第二流體,這兩種流體基本上是不混溶的,并具有不同的折射率;橫截光軸延伸的反射表面;以及彎月面調(diào)節(jié)器,用于可控制地改變彎月面的形狀和位置中的至少一個(gè)。
這兩種流體之間的界面能夠發(fā)生作用以改變?nèi)肷漭椛涞姆较颍缭摻缑婵勺鳛橥哥R或光束偏轉(zhuǎn)器。通過(guò)改變?cè)摻缑娴男螤罨蛭恢茫梢哉{(diào)節(jié)該反射鏡的有效光學(xué)特性(例如光焦度、表觀位置或表觀定向)。由于不需要在這種可調(diào)反射鏡的光路中移動(dòng)機(jī)械部件,因此該反射鏡的性能相對(duì)不受機(jī)械磨損和破損的影響。
另一方面,本發(fā)明提供了一種光學(xué)設(shè)備,包括在橫截光軸延伸的彎月面上接觸的第一流體和第二流體,這兩種流體基本上是不混溶的,并具有不同的折射率;橫截光軸延伸的反射表面;以及彎月面調(diào)節(jié)器,用于可控制地改變彎月面的形狀和位置中的至少一個(gè)。
又一方面,本發(fā)明提供一種制造可調(diào)反射鏡的方法,該方法包括以下步驟提供在基本上橫截光軸延伸的彎月面上接觸的第一流體和第二流體,這兩種流體基本上是不混溶的,并具有不同的折射率;提供橫截光軸延伸的反射表面;以及提供彎月面調(diào)節(jié)器,用于改變彎月面的形狀和位置中的至少一個(gè)。
再一方面,本發(fā)明提供一種操作光學(xué)設(shè)備的方法,該光學(xué)設(shè)備包括在橫截光軸延伸的彎月面上接觸的第一流體和第二流體,這兩種流體基本上是不混溶的,并具有不同的折射率;橫截光軸延伸的反射表面;該方法包括可控制地改變彎月面的形狀和位置中的至少一個(gè),從而使該反射鏡提供所需的反射特性。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)隨附權(quán)利要求書闡明的優(yōu)選特征而顯而易見(jiàn)。
附圖簡(jiǎn)述為了更好地理解本發(fā)明并示出怎樣實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例,現(xiàn)在通過(guò)實(shí)例的方式參照附圖進(jìn)行說(shuō)明,在附圖中圖1A和1B示出已知可調(diào)反射鏡的兩種不同構(gòu)形的示意性橫截面;圖2A和2B分別示出依照本發(fā)明第一實(shí)施例的可調(diào)反射鏡的示意性橫截面,以及由該可調(diào)反射鏡提供的等效光學(xué)功能元件;圖3示出適合于在圖2A所示的可調(diào)反射鏡中使用的可調(diào)電潤(rùn)濕透鏡;圖4A和4B分別示出依照本發(fā)明第二實(shí)施例的可調(diào)反射鏡的示意性橫截面,以及由該可調(diào)反射鏡提供的等效光學(xué)功能元件;圖5A和5B分別示出依照本發(fā)明第三施例的可調(diào)反射鏡的示意性橫截面,以及由該可調(diào)反射鏡提供的等效光學(xué)功能元件;圖6A和6B分別表示依照本發(fā)明第四實(shí)施例的可調(diào)反射鏡的示意性橫截面,以及由該可調(diào)反射鏡提供的等效光學(xué)功能元件;圖7示出依照本發(fā)明第五實(shí)施例的可調(diào)反射鏡的示意性橫截面;以及圖8示出依照本發(fā)明另一實(shí)施例的諧振腔。
優(yōu)選實(shí)施例詳述圖2A示出依照本發(fā)明第一實(shí)施例的可調(diào)反射鏡100。反射鏡100可被認(rèn)為是由兩種不同的元件形成的反射表面110以及由具有不同折射率的兩種流體130、140形成的可變透鏡。
流體是響應(yīng)于任何力而改變其形狀的物質(zhì),其易于流動(dòng)或順從于容納其容器的輪廓,流體包括氣體、液體,以及能夠流動(dòng)的固液混合物。
兩種流體基本上是不混溶的,即兩種流體不混和。這樣,由于這兩種流體具有不同的折射率,因此通過(guò)沿兩種流體之間的接觸面形成的彎月面150可提供透鏡功能。透鏡功能是彎月面150使一種或多種波長(zhǎng)的光聚焦(會(huì)聚或發(fā)散)的能力。
彎月面150橫截反射鏡100的光軸90而延伸。術(shù)語(yǔ)橫截表示彎月面與光軸相交(即其穿過(guò)光軸延伸),且不平行于光軸;彎月面可以以任何角度與光軸90相交。反射表面110也穿過(guò)光軸90延伸,且反射的表面面向該彎月面。這些流體密封在由表面120、122限定的室125中。室125沿光軸90的至少一部分壁120、122是透明的。通常,為了將流體定位在該室的所需部分中,該室的不同區(qū)域?qū)γ糠N流體具有不同的可潤(rùn)濕性,從而將每種流體吸引到各自的區(qū)域??蓾?rùn)濕性是流體潤(rùn)濕(覆蓋)一個(gè)區(qū)域(side)的程度。例如,如果流體130是極性流體,而流體140是非極性流體,那么覆蓋在反射表面110上的透明區(qū)域122可以是親水性的,從而吸引極性流體130而不吸引非極性流體140。
應(yīng)該理解,由可調(diào)透鏡100提供的反射鏡功能元件是由彎月面150提供的透鏡功能元件以及由反射表面110提供的反射功能元件組合的結(jié)果。在該特定實(shí)施例中,反射表面是平面。在該特殊實(shí)例中,彎月面是凸面(從流體130的角度來(lái)觀察),流體130的折射率高于流體140。
因此,由可調(diào)反射鏡100提供的最終的光學(xué)功能元件是如圖2B中所示的凹面鏡190的光學(xué)功能元件。
通過(guò)調(diào)節(jié)彎月面沿光軸的位置(即彎月面相對(duì)于反射表面的位置)或彎月面的形狀,那么可以改變由可調(diào)反射鏡提供的反射鏡功能元件。例如,如果構(gòu)成的彎月面150更加凸,即呈現(xiàn)虛線150′所示的形狀,那么最終反射鏡功能元件就會(huì)是具有更小曲率半徑的反射鏡功能元件,即如虛線190′所示。
彎月面調(diào)節(jié)器用于改變彎月面150的形狀和位置中的至少一個(gè)。例如在WO02/069016中描述了移動(dòng)至少一種流體體積(改變?cè)撝辽僖环N流體的位置或形狀)(并因此改變彎月面150的形狀)的各種方法。
優(yōu)選的是,通過(guò)利用電潤(rùn)濕效應(yīng)來(lái)改變彎月面形狀。在電潤(rùn)濕效應(yīng)中,利用施加的電壓改變?nèi)嘟佑|角。該三相構(gòu)成兩種流體和一種固體。通常,至少第一流體是液體。
在國(guó)際專利申請(qǐng)WO99/18456中描述了利用電潤(rùn)濕效應(yīng)的可變焦點(diǎn)透鏡。在這種裝置中,透鏡包括充滿導(dǎo)電的第一液體的室,通過(guò)在壁周圍施加的流體接觸層將絕緣的不混溶的第二流體的小滴保持在該室的表面區(qū)。由于該流體接觸層的一部分是憎水性的,且鄰近部分是親水性的,因此該流體接觸層確定了該小滴的位置。向室中的電極施加電壓導(dǎo)致小滴的折射上表面或彎月面變得更凸。在一個(gè)實(shí)施例中,流體接觸層的憎水性和親水性部分沿圓筒面設(shè)置,小滴的側(cè)面沿圓筒面軸向設(shè)置,從而當(dāng)不施加電壓時(shí)由親水性部分居中,當(dāng)提供電壓時(shí)由沿圓筒側(cè)面的一系列電極居中。
圖3說(shuō)明利用電潤(rùn)濕現(xiàn)象來(lái)工作的可替換的優(yōu)選可變焦點(diǎn)透鏡200。這種透鏡200可用作圖2A中所示的可變透鏡(120、122、130、140、150),以形成可調(diào)反射鏡100。
設(shè)備200包括第一流體220和第二流體230,這兩種流體是不混溶的。第一流體220是不導(dǎo)電的非極性液體,如硅油或烷烴。第二流體230是導(dǎo)電或極性液體,如含鹽溶液的水(或水與乙二醇的混合物)。
這兩種流體220、230優(yōu)選設(shè)置為具有相等的密度,以便使這兩種液體之間的重力作用最小,從而使透鏡功能與定向無(wú)關(guān)。這兩種流體220、230具有不同的折射率,從而使這兩種流體之間的界面225起到透鏡的作用。
改變界面225的形狀會(huì)改變?cè)撏哥R的焦距。通過(guò)電潤(rùn)濕現(xiàn)象,通過(guò)在電極260和電極242之間施加電壓來(lái)改變界面225的形狀,從而改變流體與設(shè)備200的壁的接觸角。
為了使光透過(guò)該設(shè)備,該設(shè)備的相對(duì)面至少(沿圖中所示的定向,為頂面和底面)是透明的。在該特定實(shí)施例中,設(shè)備呈現(xiàn)圓筒210的形式,光通過(guò)該圓筒的透明端部212、214入射和出射。流體220、230密封在由圓筒210限定的密封空間中。圓筒210的內(nèi)表面的一端260是親水性的,從而吸引極性流體230。圓筒210的其余部分(即相對(duì)的一端,以及內(nèi)側(cè)壁)涂有憎水性涂層270。
親水性區(qū)域260可完全由親水性材料形成,或者可替換的是涂有親水性層(例如二氧化硅或玻璃)。
在該特定實(shí)施例中,內(nèi)表面的親水性區(qū)域260完全由透明的親水性導(dǎo)體覆蓋(例如氧化銦錫),以形成電極。
通過(guò)接近三相線路的透明電極260以及繞設(shè)備200延伸的環(huán)形電極242可從可變電壓源240向極性液體230兩端提供電壓。盡管可變電壓源240以DC源示出,但是可替換的是,該電壓源也可以是AC源。電極242不與極性流體230導(dǎo)電接觸。
通過(guò)將該圓筒內(nèi)表面的一個(gè)區(qū)域設(shè)置為親水性的,且該內(nèi)表面的其余區(qū)域設(shè)置為憎水性的,那么應(yīng)該理解,在該兩流體系統(tǒng)中,設(shè)備的穩(wěn)定性將大大增強(qiáng)。極性流體不會(huì)附著于僅僅希望具有非極性流體的任何內(nèi)表面部分,反之亦然。
應(yīng)該注意,這種情況沒(méi)有禁止極性流體230與部分憎水性涂層270接觸。設(shè)置親水性層的目的是為了定位極性流體,即保持極性流體處于所需位置(該位置經(jīng)常至少部分地限定該形狀)。這樣,相對(duì)小的親水性區(qū)域適合于這一目的。例如,設(shè)備的整個(gè)內(nèi)表面可以是憎水性的,在遠(yuǎn)離這些區(qū)域的地方需要保持極性流體具有一定形狀或處于適當(dāng)?shù)奈恢谩?br>
電潤(rùn)濕可用于提高表面上的極性或?qū)щ娏黧w的可潤(rùn)濕性。如果一開始可潤(rùn)濕性很小(對(duì)于極性液體來(lái)說(shuō)這通常稱為憎水性表面,例如特氟隆類表面),那么可利用電壓使其更大。如果一開始可潤(rùn)濕性很大(對(duì)于極性液體來(lái)說(shuō),這通常稱為親水性表面,例如二氧化硅),那么施加電壓將具有相對(duì)較小的作用。因此,優(yōu)選的是,在電潤(rùn)濕設(shè)備中,三相線路一開始就與憎水性層接觸。
圖4A示出了依照本發(fā)明第二實(shí)施例的可調(diào)反射鏡300的橫截面示意圖。反射鏡300大體上與圖2A中所示的反射鏡100相似,相同的附圖標(biāo)記用于表示類似的部件。在該特定實(shí)施例中,可調(diào)反射鏡300進(jìn)一步包括泵30,該泵與充滿流體的室125相連,并用于將大量的一種或多種流體泵送到室125或從室125抽出大量的一種或多種流體。在該特定實(shí)施例中,泵310用于同時(shí)增大流體130的體積并減小流體140的體積(反之亦然),以保持室125中兩種流體130、140的總體積相同。結(jié)果是,當(dāng)添加流體時(shí),例如添加額外的流體130時(shí),彎月面150會(huì)沿著光軸移動(dòng)到位置150″。在該特定實(shí)施例中,不改變彎月面的形狀,而僅僅改變彎月面沿光軸的位置。
因此,結(jié)果是不改變由彎月面和反射表面提供的等效反射鏡功能元件的形狀,而僅僅改變反射鏡功能元件沿光軸的位置,如圖4B中所示,(390)代表當(dāng)彎月面處于位置150時(shí)的反射鏡功能元件,390″代表當(dāng)處于位置150″時(shí)的反射鏡功能元件。
各種類型的泵都可用作泵310。例如,國(guó)際專利申請(qǐng)WO02/069016描述了大量如何能夠移動(dòng)流體的方式,例如電毛細(xì)管-差壓電毛細(xì)管現(xiàn)象、電潤(rùn)濕、連續(xù)電潤(rùn)濕、電泳、電滲、介電電泳、電動(dòng)液壓泵浦、熱毛細(xì)管、熱膨脹、電介質(zhì)泵浦或可變的電介質(zhì)泵浦,這些方式中的任一種都可以用于提供泵310所需的泵浦。
在可替換的實(shí)施例中,例如通過(guò)改變平行于光軸延伸的壁的可潤(rùn)濕性,或通過(guò)應(yīng)用電潤(rùn)濕效應(yīng)而使彎月面的形狀隨彎月面位置的改變而改變。
在上面的實(shí)施例中,已經(jīng)看到,較高折射率的流體130鄰近反射表面,并且彎月面150相對(duì)于該流體是凸面。但是,應(yīng)該理解,這兩種流體中的任一種都可以具有較高的折射率,并且彎月面相對(duì)于任一種流體都可以是凹面或凸面。例如,圖5A示出一種可調(diào)反射鏡400,其中非極性流體140具有較高折射率,并鄰近反射表面110。在這種情況下,流體130是極性流體,并通過(guò)親水性表面122定位,該親水性表面形成流體室120、122的與反射表面110相對(duì)的表面。
結(jié)果,彎月面152作為凹透鏡,由彎月面和反射表面提供的最終光學(xué)功能元件是凸面鏡490的光學(xué)功能元件。如果增大彎月面的曲率,例如152′,那么將相應(yīng)地減小對(duì)應(yīng)的反射鏡功能元件的曲率,即反射鏡功能元件將具有較小的曲率半徑490′。
應(yīng)該理解,上面的實(shí)施例僅僅是以實(shí)例的形式提供的,各種可替換的方案都將屬于本發(fā)明的范圍。例如,在上面的實(shí)施例中,假定利用平坦的反射表面。這種平坦的反射表面的優(yōu)點(diǎn)在于容易形成反射。但是,應(yīng)該理解,反射表面可以具有任何形狀,例如凹面、凸面、拋物面(paraboldoidal)、或者任何所需的非球面形狀。在上面的實(shí)施例中,假定反射表面基本上垂直于光軸。但是,應(yīng)該理解,該反射表面可以與光軸成任何所需的角度,只要該反射表面橫截(即其穿過(guò))光軸。例如,反射表面可以是以預(yù)定角度穿過(guò)光軸的平面,或者同樣地,其可以是相對(duì)于光軸傾斜的凹面或凸面。
在上面的實(shí)施例中,已經(jīng)將可調(diào)反射鏡表示為包括由兩種流體之間的彎月面和單一的反射表面形成的單一可變光學(xué)設(shè)備(例如可變透鏡)。但是,應(yīng)該理解,可替換的實(shí)施例可包括許多可變光學(xué)設(shè)備或許多反射表面。例如,可調(diào)反射鏡可由單一(相對(duì)大)的反射表面以及可變光學(xué)設(shè)備(優(yōu)選每個(gè)光學(xué)設(shè)備對(duì)應(yīng)于反射表面的不同區(qū)域)的陣列形成。
同樣,任何其他所需的光學(xué)部件都可以結(jié)合到可調(diào)反射鏡中,從而使可調(diào)反射鏡提供所需的光學(xué)響應(yīng)。例如,根據(jù)反射鏡的所需應(yīng)用,可調(diào)反射鏡或光柵或其他透鏡可結(jié)合到可調(diào)反射鏡中。
例如,圖6A示出依照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的可調(diào)反射鏡500。將非球面透鏡元件510設(shè)置在光路中(例如基本上橫截光軸90延伸),使得形成的有效可調(diào)反射鏡590具有Mangin型(例如在R.Kingslake撰寫且由高校(Academic)出版社出版的《透鏡設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》(Lens DesignFundametals)一書中所述)。這種透鏡類型由反射和折射部分組成。對(duì)折射部分的材料特性的自由選擇提供了更大的設(shè)計(jì)自由。
在上面的實(shí)施例中,已經(jīng)將彎月面(兩種流體之間的界面)表示為曲面,且其通常相對(duì)于光軸對(duì)稱,并且通常在其與光軸交叉的那一點(diǎn)垂直于光軸。但是,應(yīng)該理解,根據(jù)彎月面所實(shí)現(xiàn)的所需的光學(xué)功能,可以改變這些條件中的任一個(gè)或所有條件。
例如,彎月面可以基本上是平坦的(即,平面)。彎月面的形狀可以相對(duì)于光軸不對(duì)稱,實(shí)際上,其可以與光軸成一定角度傾斜。例如,通過(guò)利用在彎月面周邊周圍不同點(diǎn)處提供不同電潤(rùn)濕特性的表面和/或電極配置來(lái)實(shí)現(xiàn)這些效果。這種不同的電潤(rùn)濕特性會(huì)導(dǎo)致不同周邊部分與相關(guān)表面的不同接觸角,因此改變了彎月面的整個(gè)表面。同樣,應(yīng)該理解,可以通過(guò)利用電潤(rùn)濕并具有與彎月面接觸且不平行于光軸的一個(gè)或多個(gè)表面來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的彎月面構(gòu)形。
圖7示出依照本發(fā)明再一實(shí)施例的可調(diào)反射鏡600的簡(jiǎn)化橫截面視圖。在該特定實(shí)施例中,側(cè)壁120相對(duì)于兩種流體的可潤(rùn)濕性與側(cè)壁120′不同。這種可潤(rùn)濕性的不同是由于側(cè)壁(表面120、120′由不同的材料形成)的內(nèi)在性質(zhì)或通過(guò)應(yīng)用電潤(rùn)濕效應(yīng)從而使一個(gè)表面的可潤(rùn)濕性的變化量大于另一個(gè)表面。如果需要,與彎月面154的周邊接觸的側(cè)壁的每個(gè)部分都可設(shè)置為具有不同的可潤(rùn)濕性。
通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)表面區(qū)域120、120′的可潤(rùn)濕性,可以改變彎月面與表面相接觸的接觸角,從而改變彎月面的形狀。例如,示出彎月面154為基本上是平面(至少相對(duì)于截取的特定橫截面),并且相對(duì)于光軸90成一特殊角。如果需要,通過(guò)適當(dāng)?shù)馗淖兝秒姖?rùn)濕效應(yīng)的表面的可潤(rùn)濕性,并因此改變彎月面與表面120、120′的接觸角,則可以將平的彎月面154相對(duì)于光軸的角度調(diào)整為不同的角,例如用以形成彎月面154″。可替換的是,通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇接觸角,可以調(diào)整彎月面的形狀,從而形成彎曲的彎月面,即彎月面154′。最終結(jié)果是改變了彎月面的形狀或位置,從而提供不同的光學(xué)功能。例如,平的彎月面154可作為折射光束偏轉(zhuǎn)器,通過(guò)折射將沿光軸90入射到彎月面上的光束的路徑偏轉(zhuǎn)。通過(guò)改變彎月面的位置和/或定向,可以實(shí)現(xiàn)多種光學(xué)功能,產(chǎn)生可調(diào)反射鏡600的一系列構(gòu)形。
還應(yīng)該理解,本文中描述的可調(diào)反射鏡可用在任何光學(xué)設(shè)備中,例如用在光學(xué)掃描設(shè)備中(例如US5880896中所述),或者用在利用反射器的照明系統(tǒng)中(在這種情況下,通常提供附加的光源),從而提供可適應(yīng)的反射器,例如用于在車輛頭燈的反射器系統(tǒng)中提供可變的照明度。
通常在激光器中使用兩反射鏡諧振器(也稱為諧振腔)。這兩個(gè)反射鏡可以是平面、凹面或凸面的。通過(guò)固定這兩個(gè)反射鏡的曲率和腔的長(zhǎng)度,可以選擇具有所需特性的邊界明確的高斯諧振模式。通過(guò)將無(wú)源元件放置在諧振器中,可以實(shí)現(xiàn)激光器模式,例如C.Pare等人在IEE J.Quantum Electron.28(1994)第355頁(yè),J.Leger等人在Opt.Lett.19(1994)第108頁(yè),J.Leger等人在Opt.Lett.19(1994)第1976頁(yè),S.Makki等人在IEEE J.Electron.35(1999)第1075頁(yè),J.Leger等人在ODF2000 proceedings第89頁(yè)中所述。
本發(fā)明通過(guò)主動(dòng)地改變諧振器的模式可用于增大這種諧振器的設(shè)計(jì)空間。為了改變諧振器的模式,要調(diào)節(jié)至少一個(gè)反射鏡的曲率。這能夠通過(guò)利用依照本發(fā)明的反射鏡實(shí)現(xiàn)。
圖8示出包括第一和第二反射鏡710、720的激光器諧振腔700。反射鏡710、720中的至少一個(gè)是可調(diào)反射鏡。為了提供激光的輸出730,反射鏡720是部分透射的。增益介質(zhì)740通常位于兩個(gè)反射鏡710、720之間。對(duì)一個(gè)或多個(gè)反射鏡的曲率進(jìn)行調(diào)整,以提供所需的光學(xué)模式。曲率對(duì)模式的作用已經(jīng)大量地記載在H.Kogelnik和T.Li在Appl.Opt.5(1996)第1550-1567頁(yè)發(fā)表的《激光束和諧振器》(Laser beams andresonators)中,以及A.E.Siegman撰寫的《激光器》(Lasers)一書中,University Science Books,Mill valley,California第19章。在第19.2章中,描述了八種不同的諧振器類型(1)對(duì)稱諧振器,(2)半對(duì)稱諧振器,(3)對(duì)稱共焦諧振器,(4)大半徑(近平面)諧振器,(5)近同心諧振器,(6)半球形諧振器,(7)凹凸諧振器,和(8)非穩(wěn)定共焦諧振器。這些類型中的每一種都具有它們自己的特性。通過(guò)改變可調(diào)反射鏡中兩種流體之間的彎月面的曲率或位置,可以使腔600在所需的諧振模式之間切換。
應(yīng)該理解,通過(guò)提供包括由兩種流體之間的彎月面和反射表面形成的可變光學(xué)設(shè)備(例如可變透鏡或可變光束偏轉(zhuǎn)器)的可調(diào)反射鏡,本發(fā)明提供了這樣一種可調(diào)反射鏡,其中光路不會(huì)遭受機(jī)械疲勞的影響。此外,可以節(jié)省成本地制造該設(shè)備,并且能夠容易地控制該設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)反射鏡,包括-在橫截光軸延伸的彎月面上接觸的第一流體和第二流體,這兩種流體基本上是不混溶的,并具有不同的折射率;-橫截光軸延伸的反射表面;以及-彎月面調(diào)節(jié)器,用于可控制地改變彎月面的形狀和位置中的至少一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1的可調(diào)反射鏡,其中所述反射表面基本上是平面。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的可調(diào)反射鏡,其中將所述彎月面調(diào)節(jié)器設(shè)置為利用電潤(rùn)濕效應(yīng)來(lái)改變?cè)搹澰旅娴男螤睢?br>
4.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的可調(diào)反射鏡,該反射鏡進(jìn)一步包括基本上橫截光軸延伸的非球面透鏡元件。
5.一種光學(xué)設(shè)備,包括-在橫截光軸延伸的彎月面上接觸的第一流體和第二流體,這兩種流體基本上是不混溶的,并具有不同的折射率;-橫截光軸延伸的反射表面;以及-彎月面調(diào)節(jié)器,用于可控制地改變彎月面的形狀和位置中的至少一個(gè)。
6.如權(quán)利要求5的光學(xué)設(shè)備,其中該設(shè)備是用于提供定向光束的照明系統(tǒng),該設(shè)備進(jìn)一步包括用于發(fā)射電磁輻射的光源。
7.如權(quán)利要求5的光學(xué)設(shè)備,其中該光學(xué)設(shè)備包括激光器諧振腔,該諧振腔包括第二反射鏡。
8.如權(quán)利要求7的光學(xué)設(shè)備,其中所述第二反射鏡也是可調(diào)反射鏡。
9.一種制造可調(diào)反射鏡的方法,該方法包括以下步驟-提供在基本上橫截光軸延伸的彎月面上接觸的第一流體和第二流體,這兩種流體基本上是不混溶的,并具有不同的折射率;-提供橫截光軸延伸的反射表面;以及-提供彎月面調(diào)節(jié)器,用于改變彎月面的形狀和位置中的至少一個(gè)。
10.一種操作光學(xué)設(shè)備的方法,該光學(xué)設(shè)備包括-在橫截光軸延伸的彎月面上接觸的第一流體和第二流體,這兩種流體基本上是不混溶的,并具有不同的折射率;橫截光軸延伸的反射表面;-該方法包括可控制地改變彎月面的形狀和位置中的至少一個(gè),從而使該反射鏡提供所需的反射特性。
全文摘要
一種可調(diào)反射鏡,包括在橫截光軸延伸的彎月面上接觸的第一流體和第二流體。這兩種流體基本上是不混溶的,并具有不同的折射率。反射表面橫截光軸延伸。彎月面調(diào)節(jié)器用于可控制地改變彎月面的形狀和位置中的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)H01S5/183GK1788223SQ200480012799
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯, S·庫(kù)伊佩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司