研究人员使用弯曲的微镜分析自由空间光束

   微镜是具有微米级的镜子，广泛用于各种应用，主要是光学仪器，光学扫描仪和光纤电信。光子芯片可以看作是宏观光学工作台的微型版本，可以包含微镜。

硅微镜使用单模光纤耦合效率测量，这些光纤由单色光源、定向耦合器和光学检测器馈送。图片来源：作者 doi 10.1117/1.JOM.2.3.034001

微镜是光通信中交叉耦合器、可变光衰减器和外腔可调谐激光器的关键组件。将光耦合到这些微镜和从这些微镜中耦出的有效性是决定所有这些应用中信号质量的关键性能指标。微镜是仪器仪表中光学干涉仪和光学谐振器的关键组件。在这些情况下，耦合效率也是影响计量特征的关键性能指标。由Yasser Sabry领导的埃及Ain Shams大学的研究人员在发表在《光学微系统杂志》上的一项研究中研究了微镜行为如何根据其形状，高度和表面质量而变化。

由于微加工的限制，大多数微镜都是平坦的，相关的高度通常限制在80米。超过此点，蚀刻表面的垂直度和粗糙度会减小。光斑尺寸必须保持在镜面高度以下，以获得令人满意的吞吐量。虽然需要更深的微镜，但制造它们具有挑战性。弯曲的微镜虽然制造起来更具挑战性，但理论上比平面镜更有趣。

最近揭示的许多方法都展示了如何以2D和3D形式制造这种微镜。因此，研究人员建议对这种曲面镜的潜力进行彻底的评估。他们使用平坦和弯曲的微镜来彻底研究高斯光束的自由空间耦合。分析了理论背景和非理想效应，包括受限的微镜范围、球面微镜曲率的不对称性、轴线错位以及微镜表面的缺陷。

使用开发的公式检查了平面（1D），圆柱形（2D）和球形（3D）微镜的行为，并在理论和经验上进行了对比。研究集中在一系列维度上，其中弯曲的微镜的曲率半径相当于入射光束的瑞利范围，这也对应于参考光斑尺寸，对于通用微光学系统，研究人员开发了基于转移矩阵的场和功率耦合系数，这些系数考虑了微系统的切向和矢状平面中的各种基质特性，同时考虑了潜在的非理想性。为了使研究结果广泛且与所有情况相关，他们以归一化数量的形式报告了结果。使用具有调节形式的硅微镜也通过实验验证了可见光和近红外波长的耦合效率。

期刊参考:

Sabry, Y. M., et al. (2022) Critical analysis of in-plane free-space light beam coupling using photonic curved micromirrors. Journal of Optical Microsystems. doi:10.1117/1.JOM.2.3.034001.