Mikrooptika

  

Obrázek 12: Mikrooptická difrakční čočka.

S rozvojem zejména moderních aplikací v optice je stále více vyžadována přesnost v oblasti mikrometrů, a navíc velká mechanická a tepelná stabilita. Klasické optomechanické technologie (výroba optických prvků řezáním, broušením, leštěním apod.) často přestávají být schopny zajistit výše uvedené požadavky, zejména v oblasti optických prvků malých rozměrů, nehledě na to, že jsou drahé a časově náročné. Pro oblast mikrooptiky, která se soustřeďuje se na přípravu optických prvků malých rozměrů, se proto využívá jiných technologií - litografických a procesů leptání.

Proces integrace (tvorba a řazení optických prvků a elementů) v současné mikrooptice využívá dvou přístupů: tzv. buď takzvaný vrstvený, analogický klasické optice kdy jednotlivé mikrooptické prvky jsou řazeny za sebou v prostoru, vlnoplocha je tedy také prostorová, nebo planární, kdy jednotlivé optické mikroprvky (mikročočky, mikromřížky apod.) jsou součástí optického vlnovodu, transformuje se vlna vedená. Aby bylo možné si udělat představu, plocha jednoho mikroprvku je obvykle pouze kolem několika mm², typická šířka vlnovodu je také jen několik milimetrů. Právě difrakční optické elementy mohou dobře sloužit pro zavedení a vyvedení světla do vlnovodu.

Aplikace mikrooptických prvků jsou zejména v oblasti optického propojování (např. v počítačích nebo přepínacích systémech), při vytváření kompaktních součástek citlivých a zaznamenávající vnější vlivy (tzv. senzory), v mikroskopii, a v optických pamětech jako optické snímače. S výhodou se používá celých systémů optických prvků, např. čočkových polí (z angl. lenslet array), což jsou soustavy mnoha malých čoček umístěných vedle sebe.

Lze rozlišit dva základní typy mikročoček, podle toho, zda: (1) lámou světlo vhodně tvarovaným rozhraním homogenního materiálu (tedy fungují jako klasické čočky), nebo (2) lámou světlo v objemu materiálu, který se postupně opticky zahušťuje (hovoří se o mikročočkách s postupnou - gradientní změnou indexu lomu, odtud název gradientní čočky). Jejich výhodou je, že mohou být spojeny přímo s jinými prvky (jsou vyrobeny na jejich površích). Tímto způsobem lze eliminovat ztráty, které vždy vnikají odrazem světla na rozhraních prvků. Oba předchozí typy mohou též být kombinovány v jediné čočce (hybridní mikročočky).

Hybridní optický prvek vzniká kombinací klasického prvku a difrakčního prvku. Obsahuje tedy difrakční plochu, která je vyleptána, vyražena nebo jinou technologií spojena s povrchem klasického prvku. Vznikne tak jeden element, a ušetří se jak na hmotnosti, tak na objemu. Hybridní návrh dává větší volnost při výběru vhodného materiálu, protože difrakční povrch může modifikovat optické vlastnosti klasického prvku (disperze, tepelné vlastnosti). Hybridní optické elementy jsou zejména používány tam, kde klasický prvek splňující všechny požadavky by byl velmi náročný a nákladný na výrobu (sestával by z několika prvků z různých materiálů nebo povrchů).

Mikrooptické systémy jsou levnější než klasické elementy, neboť umožňují slučování mnoha prvků a vytváření velkých polí. Umožňují také paralelní činnost, tedy současné propojení až několik tisíc optických kanálů. Při jejich návrhu je možno kombinovat různé prvky o různých funkcích najednou, v rámci jednoho pole. Tak je možné spojovat prvky pasivní s prvky aktivními (nelineárními), které světlo dokážou generovat, zesilovat, měnit jeho frekvenci apod.

Zpět: Holografie O úroveň výše: Difrakční struktury a optické Pokračovat: Technologie přípravy mikrooptických prvků