(57)【要約】  リソグラフィ及び深掘りエッチングの技術を用いて基板上に作製されたマイクロ光ベンチと共にモノリシック集積された、アパーチャ付きマイクロミラーが提供される。前記マイクロミラーは、アパーチャを備え、前記基板の面に沿った光軸を持つ入射ビームを受信して、前記入射ビームを前記アパーチャを介して少なくとも部分的に透過させるように、光学的に結合されている。
2016516220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィと深掘りエッチングの技術を用いてマイクロ光ベンチがエッチングされた基板と、
リソグラフィと深掘りエッチングの技術により形成され、前記マイクロ光ベンチとモノリシック集積された、アパーチャを備える光エレメントと、
を有し、
前記光エレメントは、前記基板の面内に光軸を持つ入射ビームを受信して、前記アパーチャを介して前記入射ビームを少なくとも部分的に透過させる、よう光学的に結合されている、
光学システム。
【請求項２】
前記基板は、シリコン・オン・インシュレータ・ウェハ（silicon-on-insulator wafer）である、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記光エレメントは、マイクロミラーである、請求項１に記載の光学システム。
【請求項４】
前記光エレメントは、部分反射、及び部分透過を行う、請求項１に記載の光学システム。
【請求項５】
前記アパーチャは、矩形形状、台形形状、三角形形状、丸形状、又はリソグラフィおよび深掘りエッチングの技術により画定される任意の形状を有する、請求項１に記載の光学システム。
【請求項６】
前記光エレメントは、少なくとも２つのアパーチャを備える、請求項１に記載の光学システム。
【請求項７】
前記少なくとも２つのアパーチャは、前記少なくとも２つのアパーチャのそれぞれの高さ、前記少なくとも２つのアパーチャのそれぞれの幅、及び前記少なくとも２つのアパーチャ間の間隔、の少なくとも１つに関して均質である、請求項１に記載の光学システム。
【請求項８】
前記光エレメントは反射率を持つ、請求項１に記載の光学システム。
【請求項９】
前記光エレメントの前記反射率は、前記アパーチャの幅により少なくとも部分的に定まる、請求項８に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記光エレメントの前記反射率は、前記アパーチャの中心と前記入射ビームの前記光軸との間のオフセットの量により少なくとも部分的に定まる、請求項８に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記光エレメントの前記反射率は、前記光エレメント内のアパーチャの数により少なくとも部分的に定まる、請求項８に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記光エレメントに結合されて当該光エレメントに変位を生じさせる並進運動デバイスを更に備え、
前記光エレメントの前記反射率は、前記入射ビームに対する前記光エレメントの前記変位により少なくとも部分的に定まる、
請求項８に記載の光学システム。
【請求項１３】
前記光エレメントは、第１の部分と第２の部分とを含み、
前記アパーチャは、前記第１の部分と前記第２の部分との間に形成されており、
前記第１の部分は、前記アパーチャの幅が前記第１の部分の前記変位により変化するように、前記並進運動デバイスに結合されている、
請求項１２に記載の光学システム
【請求項１４】
前記並進運動デバイスは、前記光エレメントに結合されて、前記入射ビームの前記光軸に対し或る傾斜角度を持って前記光エレメントを移動させる、請求項１２に記載の光学システム。
【請求項１５】
前記マイクロ光ベンチは、慣性センサ内にファブリペロー干渉計を含み、
前記慣性センサは、光ファイバを含み、
前記光エレメントと光ファイバとが協働して、前記ファブリペロー干渉計内に低フィネスのファブリペロー・キャビティを形成する、
請求項１２に記載の光学システム。
【請求項１６】
前記マイクロ光ベンチは、前記光エレメントを用いて形成された光フィルタを含み、
前記光フィルタは、前記入射ビームの前記光軸と同じ方向に前記光エレメントを移動させる前記並進運動デバイスによりチューナブルなフィルタ応答を有する、
請求項１２に記載の光学システム。
【請求項１７】
多層コートされた光ファイバを更に含み、
前記光フィルタは、前記多層コートされた光ファイバと前記光エレメントとの間に形成されている、
請求項１６に記載の光学システム
【請求項１８】
前記マイクロ光ベンチは、追加のアパーチャ付き光エレメントを更に含み、
前記光フィルタは、前記光エレメントと、前記追加のアパーチャ付き光エレメントと、の間に形成されている、
請求項１６に記載の光学システム。
【請求項１９】
前記光フィルタは、正弦波干渉縞（sinusoidal fringes）を持つ２光束干渉応答を生成する２光束干渉計として動作する、
請求項１８に記載の光学システム。
【請求項２０】
前記光エレメントおよび前記追加のアパーチャ付き光エレメントの少なくとも１つは、曲面プロファイルを有して、前記光フィルタに逆フィルタ応答を生じさせる、
請求項１８に記載の光学システム。
【請求項２１】
前記入射ビームは、前記追加のアパーチャ付き光エレメントに入射するコリメートビームであり、
前記追加のアパーチャ付き光エレメントは、少なくとも２つのアパーチャを含み、
前記追加のアパーチャ付き光エレメントを介した前記コリメートビームから、前記光フィルタ内において面内ベッセルビームが生成される、
請求項１８に記載の光学システム。
【請求項２２】
前記マイクロ光ベンチは、前記光エレメントにより形成された結合キャビティフィルタを含み、
前記結合キャビティフィルタは、前記並進運動デバイスによりチューナブルなフィルタ応答を有する、
請求項１２に記載の光学システム。
【請求項２３】
前記アパーチャを介して前記光エレメントの出力を受信するよう光学的に結合された検出器、
を更に備え、
前記出力は、前記並進運動デバイスにより定まる離散的な空間位置での前記入射ビームの光強度に対応するものである、
請求項１２に記載の光エレメント。
【請求項２４】
前記並進運動デバイスは、微小電気機械システム（MEMS、Micro Electro-Mechanical Systems）アクチュエータである、
請求項１２に記載の光学システム。
【請求項２５】
前記光エレメントの少なくとも一つの面はメタライズされている、
請求項１に記載の光学システム。
【請求項２６】
前記光エレメントは誘電体材料による少なくとも２つの層を含み、前記アパーチャは前記層のそれぞれを貫通している、
請求項１に記載の光学システム。
【請求項２７】
前記光エレメントは、フォトニック結晶ミラーである、
請求項１に記載の光学システム。
【請求項２８】
前記光エレメントは、２次元又は３次元において湾曲している、
請求項１に記載の光学システム。
【請求項２９】
前記リソグラフィ及び深掘りエッチングの技術は、２つのエッチングマスクを含む、
請求項１に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の技術分野）
本発明は、一般に光学システムに関し、特にアパーチャ付きマイクロミラーを含む光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
従来のマイクロミラーは、平坦なメタライズされたミラー、多層誘電体ミラー、又はフォトニック結晶（PC、Photonic Crystal）ミラーの形態で見ることができる。例えば、平坦なメタライズされたマイクロミラーは、通常、Ｎ×Ｎ光ＭＥＭＳスイッチ、マイケルソン干渉計、モノリシック集積されたＦＴＩＲ分光計、又はファブリペロー干渉計などの微小光学システム内において、広帯域な反射エレメントとして用いられる。また、円柱状のメタライズされたマイクロミラーも、可変光減衰器を構成するために、及びＭＥＭＳチューナブルレーザの結合効率を向上するために、導入されている。近年では、メタライズされた球面マイクロミラーが、マイクロ光ベンチ（micro-optical benches）及び光キャビティの中で利用されている。
【０００３】
しかしながら、従来のメタライズされたマイクロミラーは、当該ミラーからの透過出力を提供することはできず、したがって、多くの所望の光機能を実行することができない。数ナノメートルのオーダの薄いメタライズ層を用いて光を透過させることはできるが、特にマイクロミラーが光ベンチ内に集積され且つメタルコーティングが当該マイクロミラーの垂直な壁（側壁、サイドウォール）に適用される場合には、正確で且つ繰り返し生産が可能な態様で金属の厚さを制御することは困難であることが判っており、したがって、このプロセスは非実用的である。
【０００４】
これに代わり、誘電体マイクロミラー及びフォトニック結晶（ＰＣ、Photonic Crystal）マイクロミラーは、従来のメタライズされたミラーの限界を克服し、微小光学システム内において部分反射／透過エレメントとして作用することができる。例えば、光チューナブルフィルタは、深掘エッチング技術を用いてＳＯＩウェハ上に形成されたシリコンと空気との挟み込み層（interleaved layers）から作製される。しかしながら、そのような多層ミラーを用いた場合の光特性は、マイクロミラーの波長特性が層の厚さ、垂直性、および平滑性に対して非常に敏感であることから、作製プロセスにおける許容誤差に強く依存する。したがって、そのようなマイクロミラーをマイクロ光ベンチに集積すると、通常はミラーの反射率を減少させ、且つ帯域幅を制限することとなる。
【０００５】
必要とされているのは、部分反射／透過を行う光エレメントとして機能し、且つマイクロ光ベンチシステムにモノリシックに集積することのできる、マイクロミラーである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の概要）
本発明の実施形態は、リソグラフィと深掘エッチングの技術を用いて基板をエッチングすることにより形成されたマイクロ光ベンチを有する当該基板を含む光学システムを提供する。前記光学システムは、リソグラフィと深掘エッチングの技術を用いて形成され且つ前記マイクロ光ベンチとモノリシック集積された、アパーチャ付き光エレメントを更に含む。前記光エレメントは、前記基板の平面に光軸を持つ入射ビームを受信し、且つ前記アパーチャを介して前記入射ビームを少なくとも部分的に透過するように、光学的に結合されている。
【０００７】
一の実施形態では、前記アパーチャは、矩形、台形、三角形、丸形、又はリソグラフィと深掘エッチングの技術により画定される任意の形状を持つ。一の更なる実施形態では、前記光エレメントは、少なくとも２つのアパーチャを含み、当該少なくとも２つのアパーチャは、当該少なくとも２つのアパーチャのぞれぞれの高さ、当該少なくとも２つのアパーチャのそれぞれの幅、及び当該少なくとも２つのアパーチャ間の間隔、の少なくとも一つに関して均質である。種々の実施形態において、前記光エレメントの少なくとも一つの面はメタライズされているものとすることができ、前記光エレメントは誘電体材料による少なくとも２つの層を含み、前記アパーチャは各層を貫通しているものとすることができる。また、前記光エレメントは、フォトニック結晶ミラーを含むものとすることができ、及び又は前記光エレメントは２次元又は３次元の曲面を持ち得る。
【０００８】
他の実施形態では、前記光エレメントは、反射率を持つ。前記反射率は、前記アパーチャの幅、前記アパーチャの中心と前記入射ビームの光軸との間のオフセット量、及び当該光エレメント内のアパーチャの数、の少なくとも一つ又は複数により、少なくとも部分的に定まり得る。
【０００９】
更なる実施形態では、前記光学システムは、前記光エレメントに結合されて当該光エレメントに変位を生じさせる並進運動デバイス（translation device）を含み、前記光エレメントの反射率は、前記入射ビームに対する前記光エレメントの変位量により、少なくとも部分的に定まる。一の例示的な実施形態では、前記光エレメントは、第１の部分と第２の部分とを含み、前記アパーチャは、前記第１の部分と第２の部分との間に形成され、前記アパーチャの幅が前記第１の部分の変位により変化するように、前記第１の部分は前記並進運動デバイスに結合されている。他の例示的な実施形態では、前記並進運動デバイスは、前記入射ビームの光軸に対し或る傾斜角度を持って前記光エレメントが動くように、当該光エレメントに結合されている。
【００１０】
一の更なる実施形態では、前記マイクロ光ベンチは、慣性センサ内にファブリペロー干渉計を含み、前記慣性センサは光ファイバを含み、前記光エレメントと光ファイバとは協働して前記ファブリペロー干渉計内に低フィネスのファブリペロー・キャビティを形成している。他の一の更なる実施形態では、前記マイクロ光ベンチは、前記光エレメントを用いて形成された光フィルタを含み、前記光フィルタは、前記併進運動デバイスが前記入射ビームの光軸と同じ方向への前記光エレメントの変位を発生させることによりチューナブルなフィルタ応答特性を持つ。前記光フィルタは、多層膜がコートされた光ファイバと前記光エレメントの間、又は前記光エレメントと追加のアパーチャ付き光エレメントとの間に形成され得る。
【００１１】
前記光フィルタが２つのアパーチャ付き光エレメントの間に形成される実施形態では、前記光フィルタは、周期的な干渉縞を持つ２光束干渉応答を生成する２光束干渉計として動作し得る。さらに、前記アパーチャ付き光エレメントの少なくとも一つは、曲面プロファイルを持ち得る。前記入射ビームが、少なくとも２つのアパーチャを含む前記アパーチャ付き光エレメントの一つに入射するコリメートビームである他の実施形態では、面内ベッセルビーム（in-plane Bessel beam）が光フィルタ内で生成され得る。
【００１２】
前記アパーチャ付き光エレメントが前記併進運動デバイスと結合される他の例示的な実施形態では、マイクロ光ベンチは、前記光エレメントによって形成された結合キャビティフィルタ（coupled cavity filter）を更に含み、前記結合キャビティフィルタは、前記併進運動デバイスによりチューナブルなフィルタ応答特性を持つ。さらに他の例示的な実施形態では、前記光学システムは、前記アパーチャを介して前記光エレメントの出力を受信するよう光学的に結合された検出器を更に含み、当該出力は、前記併進運動デバイスにより決定される離散的な空間位置での入射ビームの光強度に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより、本発明をより完全に理解し得る。
【図１】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含む例示的な光学システムを示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に従う、例示的なアパーチャの形状を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に従う、例示的なアパーチャの形状を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態に従う、例示的なアパーチャの形状を示す図である。
【図２Ｄ】本発明の実施形態に従う、例示的なアパーチャの形状を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に従う、異なる数のアパーチャを持つ例示的な光エレメントを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に従う、異なる数のアパーチャを持つ例示的な光エレメントを示す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態に従う、異なる数のアパーチャを持つ例示的な光エレメントを示す図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に従う、ガウスビームが入射された例示的なアパーチャ付き光エレメントの正面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に従う、ガウスビームが入射された例示的なアパーチャ付き光エレメントの上面図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態に従う、図４Ａ及び図４Ｂに示すアパーチャ付き光エレメントの、正規化されたアパーチャ幅に対する例示的な反射率を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の実施形態に従う、入射ビームの光軸に対してシフトした位置を持つ例示的なアパーチャ付き光エレメントの正面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に従う、図５Ａに示すアパーチャ付き光エレメントの、入射ビームの光軸とアパーチャ中心線との間の正規化されたシフト量に対する例示的な反射率を示すグラフである。
【図６Ａ】本発明の実施形態に従う、短くしたアパーチャを持つ例示的なアパーチャ付き光エレメントの正面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に従う、短くしたアパーチャを持つ例示的なアパーチャ付き光エレメントの上面図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従う、複数のアパーチャを持つ例示的なアパーチャ付き光エレメントの正面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントの、アパーチャの数に対する反射率の変化を例示するグラフである。
【図８Ａ】本発明の実施形態に従う、例示的なタイプのアパーチャ付き光エレメントを示す図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に従う、例示的なタイプのアパーチャ付き光エレメントを示す図である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態に従う、例示的なタイプのアパーチャ付き光エレメントを示す図である。
【図８Ｄ】本発明の実施形態に従う、例示的なタイプのアパーチャ付き光エレメントを示す図である。
【図８Ｅ】本発明の実施形態に従う、例示的なタイプのアパーチャ付き光エレメントを示す図である。
【図８Ｆ】本発明の実施形態に従う、例示的なタイプのアパーチャ付き光エレメントを示す図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントの例示的な表面プロファイルを示す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントの例示的な表面プロファイルを示す図である。
【図９Ｃ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントの例示的な表面プロファイルを示す図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き可動光エレメントの例示的な構成を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き可動光エレメントの例示的な構成を示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き可動光エレメントの例示的な構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含む例示的なコントローラブルパワー分岐器（controllable power divider）を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含む例示的な慣性センサを示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に従う、図１２に示す慣性センサの例示的なデータを示すグラフである。
【図１４】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含む例示的な光チューナブルフィルタを示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に従う、図１４に示す光フィルタの例示的なデータを示すグラフである。
【図１６】本発明の実施形態に従う、図１４に示す光フィルタの例示的な透過応答を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施形態に従う図１４に示す光フィルタの、アパーチャ付き光エレメントが変位する場合の例示的な透過応答を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施形態に従う、複数アパーチャ付き光エレメントを含む例示的な光チューナブルフィルタを示す図である。
【図１９】本発明の実施形態に従う、図１８に示す光フィルタの例示的な透過応答を示すグラフである。
【図２０】本発明の実施形態に従う、２つのアパーチャ付き光エレメントを含む例示的な光チューナブルフィルタを示す図である。
【図２１】本発明の実施形態に従う、図２０示す光フィルタにより生成される例示的な２光束干渉応答を示すグラフである。
【図２２】本発明の実施形態に従う、少なくとも一つのアパーチャ付き光エレメントが曲面を有する場合の、２つのメタライズされたアパーチャ付き光エレメントを含む例示的な光チューナブルフィルタを示す図である。
【図２３】本発明の実施形態に従う、図２２に示す光フィルタの例示的な逆キャビティ応答を示すグラフである。
【図２４】本発明の実施形態に従う、２つのメタライズされたアパーチャ付き光エレメントを含む他の例示的な光チューナブルフィルタを示す図である。
【図２５】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含む結合キャビティフィルタを示す図である。
【図２６】本発明の実施形態に従う、図２５に示す結合キャビティフィルタの例示的な結合キャビティ応答を示すグラフである。
【図２７】本発明の実施形態に従う、図２５に示す結合キャビティフィルタ内のアパーチャ付き光エレメントの反射率を変化させる効果を例示するグラフである。
【図２８】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含む他の例示的な結合キャビティ構成を示す図である。
【図２９Ａ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含む例示的な光リングキャビティの構成を示す図である。
【図２９Ｂ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含む例示的な光リングキャビティの構成を示す図である。
【図３０Ａ】本発明の実施形態に従う、例示的な光マイクロ共振器を示す図である。
【図３０Ｂ】本発明の実施形態に従う、例示的な光マイクロ共振器を示す図である。
【図３１】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含む例示的なビームプロファイリング装置（beam profiling instrument）を示す図である。
【図３２Ａ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの例示的な作製ステップを示す図である。
【図３２Ｂ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの例示的な作製ステップを示す図である。
【図３２Ｃ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの例示的な作製ステップを示す図である。
【図３２Ｄ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの例示的な作製ステップを示す図である。
【図３２Ｅ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの例示的な作製ステップを示す図である。
【図３２Ｆ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの例示的な作製ステップを示す図である。
【図３２Ｇ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの例示的な作製ステップを示す図である。
【図３２Ｈ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの例示的な作製ステップを示す図である。
【図３２Ｉ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの例示的な作製ステップを示す図である。
【図３２Ｊ】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの例示的な作製ステップを示す図である。
【図３３】本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチの、他の例示的な作製ステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面の詳細な説明
本発明の実施形態に従う、部分反射／透過の光エレメントとして動作する機能を有する集積型のアパーチャ付きマイクロミラーが提供される。本アパーチャ付きマイクロミラーは、基板上のマイクロ光ベンチにモノリシックに集積することができる。一の実施形態では、アパーチャ付きマイクロミラーは、独立しており、動きを与えるための微小電気機械システム（MEMS、Micro Electro-Mechanical Systems）などの併進運動デバイスに取り付けられる。光コンポーネントとＭＥＭＳコンポーネントとを含むマイクロ光ベンチの全体は、深掘エッチング技術を用いて、モノリシック集積の形態で作製され、且つ自己調心の形態（self-aligned manner）で作製され得る。したがって、作製工程の間、マイクロミラーの反射率と透過率とが正確に制御され得る。このため、本集積型アパーチャ付きマイクロミラーは、広い帯域に亘り、制御可能で且つ作製許容誤差の大きい（fabrication-tolerant）反射率及び透過率を提供する。
【００１５】
そのようなアパーチャ付きマイクロミラーは、例えば、広帯域の集積型チューナブルフィルタの生産に用いられ得る。他の実施形態では、アパーチャ付きマイクロミラーとマイクロアクチュエータとを備える集積型マイクロ光ベンチが、ビーム分岐、光キャビティ、マイクロ共振器、波長可変レーザ、ビームプロファイリング、およびベッセルビーム生成に直接的に応用され得る。
【００１６】
図１を参照すると、本発明の実施形態に従う例示的な光学システム１００が示されている。図１に示されているように、光学システム１００は、光エレメント１４０が集積されたマイクロ光ベンチ１２０を含む。光エレメント１４０は、広帯域の反射応答だけでなく広帯域の透過応答をも提供するアパーチャ１５０を有するマイクロミラーである。自己調心形態でのマイクロ光ベンチ１２０とマイクロミラー１４０とのモノリシック集積は、基板１１０上にマイクロ光ベンチ１２０を作製することによって実現される。さらに、検出器、及び（これに限定するものではないが光ファイバを含む）光源を集積するための、微細加工された溝などの他の特徴物も、マイクロ光ベンチ１２０内に作製され得る。アパーチャ付きマイクロミラー１４０は、さらに、併進運動デバイス１３０に取り付けられて図示されている。一の例示的な実施形態では、併進運動デバイス１３０はＭＥＭＳアクチュエータである。マイクロミラー１４０と、同じか又は異なるタイプの一つ又は複数のマイクロミラーと、を集積することで、膨大な数の応用が可能となる。それらのいくつかについては、後述する。
【００１７】
マイクロミラー１４０には、入射した光パワーが、当該マイクロミラーの表面コーティングに依存することなく当該ミラーから反射し及び当該ミラーを透過することができるように、穴（アパーチャ）が設けられている。例えば、メタライズされた表面を持つアパーチャ付きマイクロミラーは、反射応答と透過応答の両方を提供する。アパーチャ１５０の形と物理的寸法は、デザインの問題である。
【００１８】
図２Ａ−２Ｄを参照すると、アパーチャ１５０の種々の形状が例示されている。図２Ａ−２Ｄは、マイクロミラー１４０がマイクロ光ベンチ基板に垂直であるときの側面図、又はマイクロミラー１４０がマイクロ光ベンチ基板に対し平行であるときの上面図である。一の例示的な実施形態では、図２Ａに示すように（及び図１にも示すように）、アパーチャ１５０は矩形であり、マイクロミラー１４０にスロットを形成している。しかしながら、他の実施形態では、図２Ｂに示すようにアパーチャ１５０は台形形状を持つか、又は図２Ｃに示すようにリエントラントな（三角形の）形状を持ち得る。矩形アパーチャ１５０は、当該アパーチャの高さに沿って一様な反射及び透過を提供し、台形形状又はリエントラント形状のアパーチャ１５０は、高さに沿って可変の光応答を提供する。矩形アパーチャ１５０は、マイクロミラーの高さの全体又は一部に沿って開口しているものとすることができる。図２Ａには後者が例示されている。
【００１９】
図２Ａ−２Ｃに示すいずれのアパーチャ形状も、マイクロ光ベンチに広く用いられている微細加工技術と互換性があり、入射ビームの光軸は基板に対し平行である。また、より複雑な形状も、実現され得る。例えば、種々のエッチング技術を組み合わせて、図２Ｄに示すような丸い開口形状を実現することができる。また、マイクロミラーが基板表面に作製され、且つ入射ビームの光軸が基板に垂直である場合には、任意の形状でも作製され得る。この場合、アパーチャ断面は、リソグラフィ技術により完全に制御され得る。
【００２０】
様々な入射光ビームに対するアパーチャ付きマイクロミラー１４０の応答は、様々な方法で最適化することができる。アパーチャの形状を制御すること以外に、マイクロミラー１４０におけるアパーチャ／スロット１５０の数を、図３Ａ〜３Ｃに示すように、一つから多数に及ぶものとすることができる。図３Ｂ及び３Ｃに示すようにマイクロミラー１４０が複数のアパーチャ／スロット１５０ａ−１５０ｃを含む実施形態では、アパーチャ／スロット１５０ａ−１５０ｃは、それらの高さ、幅、及びそれらの間の間隔について均質であるか、又は均質でないものとすることができる。
【００２１】
図４Ａ−４Ｃを参照すると、ガウスビーム４００の形の光フィールドが、マイクロミラー１４０の前面のアパーチャ１５０を横切って通過するところが示されている。マイクロミラー１４０は高さｈと幅Ｄを持ち、入射ビーム４００はスポット直径ｗを持つ。マイクロミラー１４０の上部からアパーチャ１５０の底部までの距離（スロットの高さ）はｈｓで示されており、アパーチャ／スロットの幅（スロット幅）はＤｓで示されている。
【００２２】
スロット幅Ｄｓを変化させた場合の効果を図４Ｃに示す。図４Ｃにおいては、スロット幅Ｄｓは、入射ビームのスポット直径ｗに関して正規化されている。また、マイクロミラー１４０の反射率と透過率とは相補的である。図４Ｃから判るように、スロット幅Ｄｓを増加させると、透過パワーが増加し、反射パワーが減少する。
【００２３】
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、入射ビーム４００の光軸がアパーチャ／スロット１５０の中心線に対して量Ｔｓだけシフトするように、アパーチャ付きマイクロミラー１４０の位置を当該入射ビーム４００の光軸に対してシフトさせることによって、当該アパーチャ付きマイクロミラー１４０の反射率を設定することもできる。図５Ｂは、種々のスロット幅Ｄｓと、関連するシフトＴｓと、を組み合わせて得られる曲線族を示している。図５Ｂでは、透過応答が、反射応答の相補形であることに注意する。図５Ｂから判るように、アパーチャ／スロット１５０をビーム軸から離れる方向へシフトさせることにより、反射率は１に近づき、透過率はゼロへ低下する。
【００２４】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、ビーム４００がスロット１５０と、該スロット１５０の高さｈｓに沿って部分的にのみ重なったときに、図５Ｂに示したものと同様の応答を得ることができる。この実施形態では、マイクロミラー１４０は、スロット１５０より下の部分において入射ビーム４００を完全に反射する。
【００２５】
図７Ａ及び７Ｂを見ると、マイクロミラー１４０の反射率は、スロット１５０ａ−１５０ｃの数を増加させることによっても、制御することができる。図７Ｂに示すように、追加したスロットが入射ビームの物理的な大きさからはみ出すまでスロットの数を増加させると、反射率は或るリミットまで効果的に減少する。図７Ｂには、種々のスロット間隔Ｓｓについての複数のカーブが示されている。
【００２６】
原理的には、アパーチャ付きの（又はスロット付きの）マイクロミラー１４０は、図８Ａ−８Ｅに示されたマイクロミラー１４０の上面図が示すように、任意のタイプのものとすることができる。図８Ａ−８Ｅには、マイクロミラー１４０の全体が破線ボックス内に囲まれて示されている。図８Ａ−８Ｅのそれぞれには、マイクロミラー１４０の全体を貫通するようにアパーチャ／スロット１５０も示されている。
【００２７】
アパーチャ／スロット１５０は、図８Ａに示すように単層の誘電体マイクロミラー１４０に形成されるか、又は図８Ｂに示すように（空気により分離された多層の誘電体８００ａ−８００ｃで形成された）多層の誘電体マイクロミラーに形成され得る。図８Ｂに示す多層マイクロミラー１４０のブラッグ反射とアパーチャ１５０との結合効果は、マイクロミラーの反射応答の全体として、所望の光特性を提供し得る。
【００２８】
図８Ｃに示すように、マイクロミラー１４０は、一方の面にメタル層８１０を持ち、他方の面はコーティングされないままとすることができる。この実施形態では、マイクロミラー１４０は、メタライズされた面８１０がミラーとして振る舞い、他方の面がファブリペロー・キャビティの一部として振る舞うように、マイクロ光ベンチ内に構成され得る。マイクロミラー１４０は、両面にメタライズが施されているものとすることもできる（すなわち、マイクロミラー１４０の両面に金属層８１０と８２０とを形成し得る）。メタライズの材料及び又は厚さは、それぞれの面において同じであるか、または異なるものとすることができる。メタル層８１０及び８２０の材料及び又は厚さが異なる実施形態では、マイクロミラー１４０は、それぞれの面からの非対象の反射応答を持つこととなろう。
【００２９】
図８Ｅに示すように、メタル層８１０は、多層の（すなわち、シリコン８００ａ−８００ｃと空気との交互に挟み込まれた層を持つ）スロット付きマイクロミラー１４０の一の面に形成されて、「スロット付きスーパーミラー（slotted super mirror）」を形成する。図８Ｆに示すように、スロット付きマイクロミラー１４０は、広帯域の高反射応答を提供し得るスロット付きフォトニック結晶マイクロミラーであるものとすることもできる。他の実施形態では、スロットの付いたプラズモニックな又はメタマテリアルのマイクロミラーなどの、他のタイプのスロット付きマイクロミラーが用いられ得る。
【００３０】
図９Ａ−９Ｃを参照すると、スロット付きマイクロミラー１４０の表面プロファイルは、平面、又は２次元若しくは３次元の曲面であり得る。例えば、スロット付きマイクロミラー１４０の表面プロファイルは、図９Ａに示すような球面、図９Ｂ示すような円筒面、または図９Ｃに示すような平面であり得る。マイクロミラー１４０の部分反射／透過に加えて、図９Ａまたは図９Ｂに示されるような曲面ミラーは、収束及びコリメーションの観点において入射ビームを変換することができる。
【００３１】
図１０Ａ−１０Ｃは、本発明の実施形態に従う、アパーチャ付き可動マイクロミラー１４０の例示的な構成を示している。図１０Ａに示すように、アパーチャ付きマイクロミラー１４０を、ＭＥＭＳアクチュエータなどの並進運動デバイス１３０に取り付けて、入射光ビームに対するマイクロミラー１４０の変位を生じさせて当該マイクロミラー１４０の反射率を制御することができる。一の実施形態では、図１０Ｃに示すように、アパーチャ／スロット１５０は、マイクロミラー１４０の高さの一部分だけに延在するものとすることができる。これにより、ＭＥＭＳアクチュエータ１３０が結合されると、スロット１５０を含むマイクロミラー１４０の全体が入射ビーム４００に対して移動されることとなる。他の実施形態では、図１０Ｂに示すように、アパーチャ／スロット１５０は、マイクロミラー１４０の高さ全体に延在するものとして、当該マイクロミラーがスロット１５０により分離された２つの部分１４２及び１４４を含んで構成されるものとすることができる。この実施形態では、一の部分１４４をＭＥＭＳアクチュエータ１３０に結合して、スロット１５０の幅を効果的に変化させることができる。
【００３２】
マイクロミラー１４０が半導体レーザと共に外部キャビティを構成する一の例示的な実施形態では、チューナブルレーザのチューニングレンジが、ＭＥＭＳアクチュエータ１３０により制御され得る。例えば、入射ビーム４００の光軸に沿った（すなわち、入射ビーム４００の光軸と同じ方向の）マイクロミラー１４０の２次元の動きによりキャビティ長が制御され、これにより発振波長がチューニングされる。さらに、キャビティ長、及び又はスロット幅を変化させることにより、レーザの安定性が改善され得る。
【００３３】
他の実施形態では、図１１に示すように、ＭＥＭＳアクチュエータ１３０に接続されたマイクロミラー１４０の方位を入射ビーム４００の光軸に対して角度θをなすように設定することにより、制御可能なパワー分岐器が実現され得る。このような構成では、マイクロミラー１４０は、入射ビームの光軸に対して傾いた状態での移動動作が可能である。本実施形態では、反射ビームは、入射ビーム４００の方向へ折り返されることなく検出され得る。マイクロミラー１４０内にスロット１５０を有することで、入射ビームはマイクロミラー１４０を透過することができるので、当該透過したビームを検出することもできる。入射ビーム、反射ビーム、及び透過ビームは、例えば光ファイバにより、生成され及び収集されるものとすることができる。
【００３４】
さらに他の実施形態では、図１２に示すように、アパーチャ付きマイクロミラー１４０は、当該アパーチャ付きマイクロミラー１４０を干渉計（例えばファブリペロー干渉計）の中に集積することにより、慣性センサ１２００を形成するマイクロ光ベンチにおいて利用することができる。ファブリペロー干渉計は光ファイバ１２１０を含み、当該光ファイバ１２１０は、アパーチャ付きマイクロミラー１４０と協働して、それらの間に低フィネスのファブリペロー・キャビティを形成する。慣性センサ１２００は、アパーチャ付きマイクロミラー１４０に結合された、例えばプルーフマス（proof mass）１２５０と機械スプリング１２６０のような、並進運動デバイスを更に含む。光検出素子１２４０は、マイクロミラー１４０に面する微細加工された溝１２３０に集積され得る。アパーチャ付きマイクロミラー１４０は、透過光を出力し得るので、光方向性結合器に基づく反射タイプの測定は不要である。一の例示的な動作では、プルーフマス１２５０が偏位するとキャビティ長が変化し、マイクロミラー１４０を通って検出器１２４０により検出される透過パワーが変化する。
【００３５】
メタライズされたスロット付きマイクロミラー１４０と光ファイバ１２１０とを含むそのような低フィネスのファブリペロー干渉計の透過出力は、ビジビリティ（visibility）が高く、一部の光学設計においては重要な性能パラメータとなり得る。劈開された単一モード光ファイバとメタライズされたスロット付きマイクロミラーとに基づく図１２に示した慣性センサについての実験データを、図１３に示す。透過出力の高いビジビリティ（visibility）は、図１３において明らかである。
【００３６】
他の実施形態では、図１４に示すように、アパーチャ付きマイクロミラー１４０は、集積型波長可変光フィルタ１４００を形成するマイクロ光ベンチにおいて利用され得る。図１４の平面図で分かるように、一の実施形態では、アパーチャ付き（又はスロット付き）マイクロミラー１４０は、深掘エッチング技術を用いて作製され、ＳＯＩマイクロ光ベンチ内にモノリシック集積される。入力光ファイバ１４１０の表面上に形成された多層誘電体マイクロミラー１４２０とメタライズされたアパーチャ／スロット付きマイクロミラー１４０との間には、光フィルタキャビティ１４５０が形成されている。スロット付きマイクロミラー１４０は、フィルタ応答を調整するためのＭＥＭＳアクチュエータ１３０に結合されている。ＭＥＭＳアクチュエータ１３０は、例えば、準安定状態または高速動作について最適化され得る。アパーチャ／スロット１５０を介したフィルタ１４５０の透過出力は、アパーチャ付きマイクロミラー１４０に対し自己調心（self-aligned）された微細加工のファイバ溝１４３０内に挿入された他の光ファイバ１４４０により収集される。他の実施態様では、光検出器を用いて透過出力が収集され得る。
【００３７】
多層コートされた単一モード光ファイバとメタライズされたスロット付きマイクロミラーに基づく図１４に示す光フィルタ１４００についての実験データを、図１５に示す。フィルタ透過応答における光ファイバ１４１０の反射率の効果を、図１６に示す。図１６において、入力ビームのスポット半径は５μｍ、メタライズされたスロット付きマイクロミラーのパワー反射率は０．９５、キャビティ長は１１μｍ、スロット幅は０．５μｍであった。当該応答は、コートされた光ファイバの違いにより、０．９９、０．９５、０．９、０．８、および０．６となった。ＭＥＭＳアクチュエータを用いて、図１７に示すように、フィルタ応答を調整することができる。図１７においては、スロット付きマイクロミラーの変位量は±０．３μｍ、ファイバ反射率は０．９５であり、他のパラメータは図１６と同じである。
【００３８】
一の更なる実施形態では、スロット付きマイクロミラー１４０は、使用された光ファイバ１４１０のタイプ（すなわち、単一モード光ファイバか多モード光ファイバか、コアサイズが大きいか小さいか、又はファイバ表面が劈開されているかレンズ加工されているか）に応じてフィルタ応答を最適化すべく、図１８に示すように一つ以上のアパーチャ／スロット１５０を備えるものとすることができる。キャビティ長Ｌを短くしてこの最適化を行うと、図１９に示すように、非常に広いフリースペクトルレンジを有するチューナブルフィルタとなる。図１９では、入力ビームのスポット半径は２５μｍ、スロット付きのメタライズされたミラーおよびファイバにコートされたミラーのパワー反射率は０．９５であった。また、キャビティ長は、１．８〜２．５μｍの間で変化させた。スロット幅は１μｍ、スロットの数は５であり、各スロットの互いの間隔は１５μｍであった。
【００３９】
他の実施形態では、図２０に示すように、その一方が光ファイバ１４１０の表面上に形成された２つのアパーチャ付き（スロット付き）マイクロミラー１４０及び２０００の間に、フィルタキャビティ１４５０が形成され得る。マイクロミラー１４０及び２０００の一方または両方は、単一スロットタイプ、又はマルチスロットタイプであり得る。例えば、図２０に示すように、マイクロミラー１４０は複数のスロット１５０を含み、一方、マイクロミラー２０００は単一のスロット２０５０のみを含む。スロット１５０及び２０５０は、互いに対し調心され又はシフトされているものとすることができる。また、マイクロミラー１４０及び２０００の一方または両方は、ＭＥＭＳアクチュエータ１３０に取り付けられ得る。
【００４０】
２つのスロット付きマイクロミラーを備えることの一つの特徴は、反射して伝搬するビーム４００が２回の往復の後に外部へ出るようにキャビティ１４５０を設計できることである。このようにして、キャビティ１４５０は、図２１に示すように、正弦波干渉縞（sinusoidal fringes）を持つ２光束干渉計として振る舞う。図２１においては、入力ビームのスポット半径は５μｍ、スロット付きのメタライズされた２つの平面ミラーのパワー反射率は０．９５、キャビティ長は２０μｍであり、マイクロミラーのそれぞれが幅５μｍのスロットを一つ有するものとした。
【００４１】
図２０においてレーザ又は光ファイバからの入力ビーム４００がキャビティへ直接与えられているが、他の実施形態では、図２２に示すように、光ファイバ２２１０からの入力ビーム４００は、まず、曲面ミラー２２２０を用いて変換され得る。この変換は、マイクロ光ベンチの基板に対し面内方向及び面外方向における、入力ビームの特性についての独立な制御を提供する。
【００４２】
また、フィルタキャビティ２２６０を形成しているマイクロミラー１４０及び２２３０の一方または両方は、逆フィルター応答を有する光フィルタ２２００を形成するように曲面プロファイルを持つものとすることができる。図２０と同様に、図２２に示すマイクロミラー１４０及び２２３０のそれぞれは、一つ又は複数のアパーチャ／スロット１５０及び２２４０を含む。透過出力は、光ファイバ２２５０によって収集される。
【００４３】
逆フィルタ応答の一例を、図２３に示す。反射応答は急峻なピーク（極大）を持つ一方、透過応答はシャープなディップ（極小）を持っており、この特性は、従来のフィルタ又はファブリペロー・キャビティの特性と反対である。図２３においては、入力ビームのスポット半径は1 μｍ及び５μｍ、メタライズされたスロット付きのマイクロミラーのパワー反射率は０．９５、キャビティ長は５μｍであった。また、スロット付きマイクロミラーのそれぞれは一つのスロットを持ち、当該スロットの幅は、入力側のスロット付きマクロミラー１４０では５μｍ、出力側のスロット付きマイクロミラー２２３０では２μｍであった。さらに、出力側スロット付きマイクロミラーの曲率半径は、１１．５μｍであった。
【００４４】
他の実施形態では、図２４に示すように、キャビティ２４００内部で面内ベッセルビームが生成され得る。図２４では、入力ビーム４００は、キャビティ２４００の入力マイクロミラー２４１０に入力されるコリメートビーム（collimated beam）である。入力マイクロミラー２４１０は、少なくとも２つのスロット２４１０を備え、面内ベッセルビーム２４３０を生成する。出力スロット付きマイクロミラー１４０は、透過出力を通過させるための一つ、二つ、又は複数のスロット１５０を有するものとすることができる。入力マイクロミラー２４１０のスロット幅、及びスロット２４２０の間隔は、キャビティ長に関連して設計される。ベッセルビーム２４３０の中心ピークから離れた位置にスロット２４２０及び１５０を配することで、キャビティ２４００内を反射して行き来する間のベッセルビームとの衝突が最小化される。
【００４５】
図２４に示すように、ベッセルビーム２４３０は、大きな主ピークと、より小さなサイドローブを有する。ベッセル・ビーム・パラメータは、入力マイクロミラー２４１０のスロット２４２０の寸法と、スロット付き入力マイクロミラー２４１０上の入射ビーム４００の特性によって制御される。入射ビームは、図２２に示すような変換ミラーを用いることにより調製され得る。また、一つ又は複数のスロット付きマイクロミラー（例えば、スロットつき出力マイクロミラー１４０）をＭＥＭＳアクチュエータ１３０に取り付けることにより、制御可能な（コントローラブルな）ベッセルビーム２４３０が生成され得る。
【００４６】
さらに他の実施形態では、図２５に示すように、アパーチャ付きマイクロミラー１４０が、結合キャビティフィルタ２５００を形成しているマイクロ光ベンチにおいて利用され得る。一の実施形態では、誘電体ミラー２５２０（例えば、光ファイバ２５０５の表面にコートされたもの）と、スロット付きマイクロミラー１４０の一の面１４５と、の間に、第１のキャビティ２５１０が形成され得る。他の誘電体ミラー２５４０（例えば、他の光ファイバ２５５０の表面にコートされたもの）と、同じスロット付きマイクロミラー１４０の対向面１４７と、の間に、第２のキャビティ２５３０が形成され得る。したがって、この実施形態では、スロット付きマイクロミラー１４０は、２つの結合されたキャビティ２５１０と２５３０との間で兼用される。フィルタ応答は、ＭＥＭＳアクチュエータ１３０を用いてスロット付きマイクロミラー１４０を移動させることにより調整され得る。スロット付きマイクロミラー１４０の移動方向に依存して、フィルタ応答のピーク位置の一方または両方と、結合キャビティフィルタ２５００のフィネスとが、調整され得る。他の実施形態では、誘電体マイクロミラー２５２０および２５４０が、スロット付きマイクロミラーに置き換えられ得る。
【００４７】
図２５に示す結合キャビティフィルタ２５００の、例示的な透過応答を、図２６に示す。図２６においては、誘電体ミラー２５２０及び２５４０のパワー反射率はそれぞれ０．９８及び０．９９９８、キャビティ２５１０及び２５３０の長さはそれぞれ３１３μｍ及び３１１μｍであった。上述したように、応答の極大位置は、ＭＥＭＳアクチュエータを用いてスロット付きマイクロミラーを移動させることにより調整することができる。さらに、応答のシャープネスは、スロット付きマイクロミラーの反射率を変化させることにより変化させることができる。例えば、図２７に示すように、スロット付きマイクロミラーのパワー反射率を０．９６から０．８、０．６まで変化させることによって、前記応答のシャープネスを制御することができる。
【００４８】
他の実施形態では、図２８に示すように、結合キャビティフィルタ２５００は、２つの結合されたキャビティ２８００及び２８１０を含む。しかしながら、スロット付きマイクロミラー１４０は、第１のキャビティ２８００又は第２のキャビティ２８１０の一部ではない。そうではなく、スロット付きマイクロミラー１４０は、ＭＥＭＳアクチュエータ１３０と共に、キャビティ２８００と２８１０との間の結合を制御する結合制御メカニズム２８２０を形成している。
【００４９】
図２９Ａおよび２９Ｂを参照すると、アパーチャ付きマイクロミラー１４０は、リングキャビティ２９００を形成するマイクロ光ベンチにおいても利用され得る。リングキャビティミラー２９１０、２９２０および２９３０がメタライズされていると、マイクロミラー・アパーチャ１５０により、パワーは、リングキャビティ２９００へ結合することができ、及びリングキャビティ２９００から結合することができる。また、一つ又は複数のリングキャビティミラー（例えば、ミラー２９１０及び２９３０）は、リングキャビティ２９００内でのビーム回折効果を克服すべく、曲面を有するものとすることができる。キャビティ媒体は、空気（自由空間）、又は誘電体（例えば、シリコン）であるものとすることができる。キャビティ応答を調整するため、リングキャビティミラー２９２０の一つがＭＥＭＳアクチュエータ１３０に取り付けられ得る。キャビティ内に利得媒体又は増幅媒体を挿入することで、光源を生成することができる。
【００５０】
図３０Ａおよび３０Ｂを参照すると、アパーチャ付きマイクロミラー１４０は、更に、光マイクロ共振器３０００を形成するマイクロ光ベンチにおいても利用され得る。この共振器は、図３０Ａに示すような矩形形状又は図３０Ｂに示すような円形形状を持つものとすることができる。共振器の側壁（side walls）がメタライズされている場合、共振器３０００へのパワーの結合、又は共振器３０００からのパワーの結合は、マイクロミラー１４０のアパーチャ１５０又はスロットを介して行われる。共振器媒体は、自由空間（空気）、又は誘電体材料（例えばシリコン）であるものすることができる。
【００５１】
図３１を参照すると、アパーチャ付きマイクロミラー１４０は、更に、ビームプロファイリング装置３１００を形成するマイクロ光ベンチにおいても利用され得る。このビームプロファイリング装置３１００は、検出器３１１０と、アパーチャ付きマイクロミラー１４０に取り付けられたＭＥＭＳアクチュエータ１３０と、を含む。一の例示的な実施形態では、マイクロミラー１４０のスロット１５０（単数又は複数）は、ＭＥＭＳアクチュエータ１３０により決定される離散的な空間位置で入射ビーム４００の光強度をサンプリングするのに用いられる。
【００５２】
図３２Ａ−３２Ｊは、深掘り反応性イオンエッチング（DRIE、Deep Reactive Ion Etching）を用いて、アパーチャ付き光エレメントを含むマイクロ光ベンチを作製するための例示的な作製ステップを示す図である。図３２Ａにおいて、本プロセスは、ハンドル層３２１０、埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層（エッチストップ層）３２２０、およびデバイス層３２３０を含む基板３２００（例えば、ＳＯＩウェハ）から始まる。図３２Ｂおよび３２Ｃでは、デバイス層３２３０上において、第１のエッチングマスク３２４０が成長され／堆積され及びパターンニングされる。第１のエッチングマスク３２４０を用いて、デバイス層３２３０上のすべての表面がエッチングされることとなる。図３２Ｄおよび３２Ｅでは、第２のエッチングマスク３２５０が堆積され、及びパターンニングされる。第２のマスクは、一つ又は複数のスロット／アパーチャがエッチングにより作製されることとなるエリアで用いられる。
【００５３】
図３２Ｆにおいて、第１のＤＲＩＥステップが、所与の深さを得るべく実行される。ＤＲＩＥの間に第２のエッチングマスクが消耗されない場合には、第２のエッチングマスクを、図３２Ｇに示す第２のＤＲＩＥステップの前に除去する必要がある。第２のＤＲＩＥは、エッチストップ（ＢＯＸ）層３２３０に達してＭＥＭＳアクチュエータ１３０、光エレメント１４０、及びマイクロ光ベンチのその他のコンポーネントが形成されるまで、パターンニングされたデバイス層３２３０を連続的にエッチングするために適用される。一方、光エレメント１４０のアパーチャ／スロット１５０は、光エレメント１４０の底部に達することなく部分的にのみエッチングされる。図３２Ｈにおいて、ＢＯＸ層３２２０を選択的に除去することにより、光エレメント１４０及びＭＥＭＳアクチュエータ１３０などの可動部品が解放される。図３２Ｉに示すように、メタル層３２６０は、例えばシャドウマスクを介して、スパッタリングその他の任意のメタライゼーション技術を用いて、ミラー１４０及びパッド上に堆積され得る。最後に、図３２Ｊに示すように、光ファイバ３２７０又はその他の光源（すなわち、ＬＥＤ又は半導体レーザー）、及び一つ又は複数の検出器（不図示）が挿入されて、マイクロ光ベンチが完成する。
【００５４】
図３２Ａ−３２Ｊに例示したように、２つのエッチングマスクを用いることで、アパーチャ付き光エレメント１４０を作製することができる一方、アパーチャ／スロット１５０は上記光エレメントの内部を部分的にエッチするだけで形成される。次に、図３２Ｈに示す解放ステップの後は、光エレメント１４０は、異なる部分に分割されることなく、その全体がＭＥＭＳアクチュエータ１３０により移動することとなる。また、図３２Ａ−３２Ｊに示す作製プロセスは、解放ステップにおいてパーツを失うことなく、アパーチャ／スロット１５０以外のものも作製することを可能にする。
【００５５】
他の実施形態では、１つのアパーチャ／スロットを持つアパーチャ付き光エレメントを静的な（移動可能でない）態様で用いる場合には、第２のエッチングマスクは、全く用いないものとすることができる。さらに他の実施形態では、アパーチャ／スロット１５０の幅が十分に小さい場合には、２つのエッチングマスクを要することなく、遅延効果により部分的にエッチングされ得る。さらに他の実施例では、図２Ｂまたは２Ｃに示すように三角形形状の又は台形形状のスロットを持つマイクロミラーを形成する場合には、第２のエッチングステップはアルカリエッチングを用いて実行され得る。さらなる実施形態では、３つのエッチングステップが用いられ得る。第１及び第２のエッチングステップは図３２Ｆ及び３２Ｇに示すようなＤＲＩＥであり、第２のＤＲＩＥステップの後にアルカリエッチングのステップが実行され得る。
【００５６】
図３３を参照すると、他の作製形態では、アパーチャ／スロット１５０は、マイクロミラー１４０の高さの全体に沿って形成され、当該マイクロミラーの２つの部分が一つの物体として一緒に移動し得る。この作製形態では、上面からデバイス層３２３０へエッチングを行う際に、一つのマスクだけを用いればよい。そして、ＤＲＩＥの後に、開口部の全てがＢＯＸ層３２２０までエッチングされる。次に、ハンドル層３２１０が、可動部品下部の裏面からエッチングされ得る。可動部品の下のＢＯＸ層３２２０は、他のマスクを用いて裏面からエッチングされ得る。しかしながら、マイクロミラー１４０の上記２つの部分の下のＢＯＸ層３２２０は、エッチングされることなく維持され、ＢＯＸ層３２２０は、これらのミラー部分間をつなぐメカニカルジョイントとして作用する。この作製形態では、マイクロミラー１４０は、ＢＯＸ層３２２０を用いて互いに接続された一つ又は複数のスロット１５０を持つことができるものと理解すべきである。
【００５７】
当業者により認識されるように、本出願に記載されている革新的な概念は、広範囲の用途にわたり修正し及び改変することができる。したがって、特許の主題の範囲は、記載されている特定の例示的な教示のいずれにも限定されるべきではなく、以下の請求項によって規定される。
【図１】
2016516220.tif 000003
【図２Ａ】
2016516220.tif 000004
【図２Ｂ】
2016516220.tif 000005
【図２Ｃ】
2016516220.tif 000006
【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2016516220.tif 000009
【図３Ｃ】
2016516220.tif 000010
【図４Ａ】
2016516220.tif 000011
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2016516220.tif 000015
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
2016516220.tif 000018
【図７Ｂ】
2016516220.tif 000019
【図８Ａ】
2016516220.tif 000020
【図８Ｂ】
2016516220.tif 000021
【図８Ｃ】
2016516220.tif 000022
【図８Ｄ】
2016516220.tif 000023
【図８Ｅ】
2016516220.tif 000024
【図８Ｆ】
2016516220.tif 000025
【図９Ａ】
2016516220.tif 000026
【図９Ｂ】
2016516220.tif 000027
【図９Ｃ】
2016516220.tif 000028
【図１０Ａ】
2016516220.tif 000029
【図１０Ｂ】
2016516220.tif 000030
【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2016516220.tif 000037
【図１７】
2016516220.tif 000038
【図１８】
2016516220.tif 000039
【図１９】
2016516220.tif 000040
【図２０】
2016516220.tif 000041
【図２１】
2016516220.tif 000042
【図２２】
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【図２３】
2016516220.tif 000044
【図２４】
2016516220.tif 000045
【図２５】
2016516220.tif 000046
【図２６】
2016516220.tif 000047
【図２７】
2016516220.tif 000048
【図２８】
2016516220.tif 000049
【図２９Ａ】
2016516220.tif 000050
【図２９Ｂ】
2016516220.tif 000051
【図３０Ａ】
2016516220.tif 000052
【図３０Ｂ】
2016516220.tif 000053
【図３１】
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【図３２Ａ】
2016516220.tif 000055
【図３２Ｂ】
2016516220.tif 000056
【図３２Ｃ】
2016516220.tif 000057
【図３２Ｄ】
2016516220.tif 000058
【図３２Ｅ】
2016516220.tif 000059
【図３２Ｆ】
2016516220.tif 000060
【図３２Ｇ】
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【図３２Ｈ】
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【図３２Ｉ】
2016516220.tif 000063
【図３２Ｊ】
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【図３３】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年11月26日(2015.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アパーチャを有する第１の光エレメントと、
光ファイバの端面である第２の光エレメントと、
リソグラフィと深掘りエッチングの技術を用いてエッチングされたマイクロ光ベンチを備える基板と、
を有し、
前記第１の光エレメントと前記第２の光エレメントとの間には光キャビティが形成されており、
前記第１の光エレメントは、前記マイクロ光ベンチにモノリシック集積され、且つリソグラフィと深掘りエッチングの技術により形成されており、
前記第１の光エレメントは、前記基板の面内に光軸を持つ入射ビームを受信して、前記アパーチャを介して前記入射ビームを少なくとも部分的に透過させるよう光学的に結合されている、
光学システム。
【請求項２】
前記基板は、シリコン・オン・インシュレータ・ウェハ（silicon-on-insulator wafer）である、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記第１の光エレメントは、部分反射、及び部分透過を行う、請求項１に記載の光学システム。
【請求項４】
前記アパーチャは、矩形形状、台形形状、三角形形状、丸形状、又はリソグラフィおよび深掘りエッチングの技術により画定される任意の形状を有する、請求項１に記載の光学システム。
【請求項５】
前記第１の光エレメントは、少なくとも２つのアパーチャを備える、請求項１に記載の光学システム。
【請求項６】
前記少なくとも２つのアパーチャは、前記少なくとも２つのアパーチャのそれぞれの高さ、前記少なくとも２つのアパーチャのそれぞれの幅、及び前記少なくとも２つのアパーチャ間の間隔、の少なくとも１つに関して均質である、請求項１に記載の光学システム。
【請求項７】
前記第１の光エレメントの反射率は、前記第１の光エレメントの前記アパーチャの幅により制御される、請求項３に記載の光学システム。
【請求項８】
前記第１の光エレメントの反射率は、前記アパーチャの中心と前記入射ビームの前記光軸との間のオフセットにより制御される、請求項６に記載の光学システム。
【請求項９】
前記第１の光エレメントは複数のアパーチャを有し、前記第１の光エレメントの反射率はアパーチャの数により制御される、請求項６に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記第１の光エレメントに結合されて当該第１の光エレメントに変位を生じさせる並進運動デバイスを更に備え、
光キャビティの応答特性が前記第１の光エレメントの前記変位により少なくとも部分的に定まる、
請求項１に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記第１の光エレメントは、第１の部分と第２の部分とを含み、
前記アパーチャは、前記第１の部分と前記第２の部分との間に形成されており、
前記第１の部分は、前記アパーチャの幅が前記第１の部分の前記変位により変化するように、前記並進運動デバイスに結合されている、
請求項１０に記載の光学システム
【請求項１２】
前記並進運動デバイスは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータである、請求項１０に記載の光学システム。
【請求項１３】
前記並進運動デバイスは、前記第１の光エレメントに結合されて、前記入射ビームの前記光軸の同じ方向に前記第１の光エレメントを移動させる、請求項１０に記載の光学システム。
【請求項１４】
前記光キャビティは、慣性センサ内にファブリペロー干渉計を形成し、
前記慣性センサは、プルーフマスとスプリングとを含み、
前記プルーフマスは、測定される慣性の量に応じて偏位し、
前記第１の光エレメントと前記光ファイバの前記端面とで形成される前記光キャビティのキャビティ応答が、前記測定される慣性の量に応じて変化する、
請求項１に記載の光学システム。
【請求項１５】
前記光ファイバの前記端面は多層コートされている、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１６】
アパーチャを有する第１の光エレメントと、
第２の光エレメントと、
リソグラフィと深掘りエッチングの技術を用いてエッチングされたマイクロ光ベンチを備える基板と、
を有し、
前記第１の光エレメントと前記第２の光エレメントとの間には光キャビティが形成されており、
前記第１の光エレメントは、前記マイクロ光ベンチにモノリシック集積され、且つリソグラフィの技術と深掘りエッチングの技術とにより形成されており、
前記第１の光エレメントは、前記基板の面内に光軸を持つ入射ビームを受信して、前記アパーチャを介して前記入射ビームを少なくとも部分的に透過させる、よう光学的に結合されており、
前記第２の光エレメントは追加のアパーチャ付き光エレメントであり、前記光キャビティは光フィルタである、
光学システム。
【請求項１７】
前記光フィルタは、正弦波干渉縞（sinusoidal fringes）を持つ２光束干渉応答を生成する２光束干渉計として動作する、
請求項１６に記載の光学システム。
【請求項１８】
前記光エレメントおよび前記追加のアパーチャ付き光エレメントの少なくとも１つは、曲面プロファイルを有して、前記光フィルタに逆フィルタ応答を生じさせる、
請求項１６に記載の光学システム。
【請求項１９】
前記入射ビームは、前記追加のアパーチャ付き光エレメントに入射するコリメートビームであり、
前記追加のアパーチャ付き光エレメントは、少なくとも２つのアパーチャを含み、
前記追加のアパーチャ付き光エレメントを介した前記コリメートビームから、前記光フィルタ内において面内ベッセルビームが生成される、
請求項１６に記載の光学システム。
【請求項２０】
第３の光エレメントを更に備え、
前記第１の光エレメントと、前記第２の光エレメントと、前記第３の光エレメントとが、結合キャビティシステムを構成している、
請求項１に記載の光学システム。
【請求項２１】
前記第３の光エレメントは、多層コートされた光ファイバである、請求項２０に記載の光学システム。
【請求項２２】
前記第３の光エレメントは、前記マイクロ光ベンチにモノリシック集積され、且つリソグラフィと深掘りエッチングの技術により形成されている、
請求項２０に記載の光学システム。
【請求項２３】
前記第１の光エレメントの少なくとも一つの面はメタライズされている、
請求項１に記載の光学システム。
【請求項２４】
前記第１の光エレメントは、フォトニック結晶ミラーである、
請求項１に記載の光学システム。
【請求項２５】
前記第１の光エレメントは、２次元又は３次元において湾曲している、
請求項１に記載の光学システム。
【国際調査報告】
2016516220.tif 000066
2016516220.tif 000067
2016516220.tif 000068
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