Microspiegels zijn spiegels op micrometerschaal die veel worden gebruikt in veel toepassingen, voornamelijk in glasvezeltelecommunicatie, optische scanners en optische instrumentatie. Microspiegels kunnen worden geïntegreerd in fotonische chips, die kunnen worden gezien als de geminiaturiseerde tegenhangers van de macroscopische optische banken. In optische communicatie zijn microspiegels belangrijke bouwstenen voor kruiskoppelingen, variabele optische verzwakkers en afstembare lasers voor externe holtes. In al die toepassingen is de efficiëntie van het koppelen van licht in en uit deze microspiegels een belangrijke prestatie-indicator die de signaalkwaliteit bepaalt. In instrumentatie zijn microspiegels ook belangrijke bouwstenen van optische interferometers en optische resonatoren. In deze gevallen is de koppelingsefficiëntie ook een belangrijke prestatie-indicator die de metrologische eigenschappen beïnvloedt.

In een onderzoekspaper dat onlangs is gepubliceerd in het Journal of Optical Microsystems , analyseerden onderzoekers onder leiding van Yasser Sabry van de Ain Shams University in Egypte het gedrag van microspiegels afhankelijk van verschillende kenmerken, zoals vorm, hoogte en oppervlaktekwaliteit. Ze analyseerden ook de impact van verkeerde uitlijning van invallend licht, rekening houdend met zowel verkeerde uitlijning buiten de as als hoekafwijking.

De overgrote meerderheid van microspiegels is vlak en de bijbehorende hoogte is meestal beperkt tot 80 m vanwege microfabricagebeperkingen. Boven deze grens verslechteren de verticaliteit en ruwheid van het geëtste oppervlak. Men moet de lichtvlekgrootte kleiner houden dan de spiegelhoogte om een ​​redelijke doorvoer te bereiken. Diepere microspiegels zijn zeer wenselijk, maar ze zijn moeilijk te fabriceren. Gebogen microspiegels zijn in principe interessanter dan vlakke spiegels, hoewel ze moeilijker te fabriceren zijn. Veel recent gerapporteerde technieken hebben de productie van dergelijke microspiegels met zowel 2D- als 3D-vormen aangetoond. De onderzoekers stelden daarom een ​​gedetailleerde analyse voor van het potentieel van dergelijke gebogen spiegels.

Ze bestudeerden in detail de koppeling in de vrije ruimte van Gauss-lichtbundels met behulp van platte en gebogen microspiegels. De theoretische achtergrond en de niet-ideale effecten, zoals beperkte microspiegelomvang, asymmetrie in de kromming van sferische microspiegels, verkeerd uitgelijnde assen en microspiegeloppervlakte-onregelmatigheden werden geanalyseerd. De afgeleide formules werden gebruikt om theoretisch en experimenteel het gedrag van platte (1D), cilindrische (2D) en sferische (3D) microspiegels te bestuderen en te vergelijken. De analyse concentreerde zich op het regime van dimensies waarin de krommingsstraal van de gekromde microspiegel vergelijkbaar is met het Rayleigh-bereik van de invallende bundel, wat ook overeenkomt met een referentievlekgrootte.

De onderzoekers hebben een op transfermatrix gebaseerd veld en vermogenskoppelingscoëfficiënten afgeleid voor algemene micro-optische systemen, rekening houdend met verschillende matrixparameters in de tangentiële en sagittale vlakken van het microsysteem, rekening houdend met de mogelijke niet-idealiteiten. Ze presenteerden de resultaten in termen van genormaliseerde hoeveelheden, zodat de bevindingen algemeen en toepasbaar blijven op verschillende situaties. Bovendien werden siliciummicrospiegels vervaardigd met gecontroleerde vormen en werden ze gebruikt om de koppelingsefficiëntie in zichtbare en nabij-infraroodgolflengten experimenteel te valideren. + Verder verkennen

Onderzoekers bewijzen experimenteel het vermogen van platte spiegels om licht te focussen