CN102445725A - 可调且可切换的多层光学器件 - Google Patents

Abstract

多层光学器件包括在基底上形成的布置，该布置包括至少第一层、第二层以及设置于第一层与第二层之间的空间。第二层是薄膜。第一层、第二层、以及第一层与第二层之间的空间形成的布置从入射到布置上的电磁能量产生透射、反射或散射的、在光谱上修改的电磁能量。光学器件的光学功能至少部分地依赖于干涉效应。光学检测器系统包括类似的多层光学器件。器件内的空间与结构流体连通，用于接收第一流体，使得器件根据空间内流体的存在或不存在而以第一模式或第二模式操作。系统包括光检测器，用于接收修改的电磁能量，还包括与空间流体连通的控制器，该控制器安排空间内流体的存在或不存在。

Description

可调且可切换的多层光学器件

技术领域

本公开涉及多层光学器件领域，例如干涉滤光片、分色镜、衍射光栅、以及其他依靠干涉的器件。

背景技术

多层、薄的、厚度可控的透明或半透明材料的夹层可以用来形成干涉滤光片、分色镜、以及能够与特定波长的电磁辐射交互的其他光学元件，其中这些层由具有两种或两种以上不同折射率的材料制成。为了简便起见，本文中这种器件被称为多层光学元件并通过干涉效应工作，干涉效应是由于在夹层的各层之间的每个边界处存在至少一些反射而发生的。在特定波长处，来自边界中的每个边界反射和透射的光可以相加或抵消。例如，如果边界之间的往返距离为N波长加半个波长，那么来自两个边界的光反射可以相互抵消，或者如果边界之间的往返距离为N+1(N为大于或等于零的整数)波长，那么来自两个边界的光反射可以相互增强。

每个边界处的反射量部分地取决于形成边界的相邻层的折射率之间的差异。夹层的光学性质、以及因而多层光学元件的光学性质部分地由每层的材料及其厚度来确定。

通过仔细选择和应用特定厚度的层、层的顺序、以及折射率，通常制成用作光带通滤波器、光带阻滤波器、波长选择镜、防反射涂层的多层光学元件以及其它光学器件。Thelen的美国专利3,247,392(1961)描述了一些这类可用的光学元件。虽然这些干涉效应可以在液体和固体、生物材料以及矿物或人造材料中观察到，但是大部分人造器件依赖于固体材料层。这些多层光学元件能够以不依赖于选择性吸收而是以依赖于干涉效应的方法来在光谱上修改入射的电磁辐射，因为它们的光反射和/或透射是依赖波长的，这样他们可以不同地分离、透射或反射具有不同波长的入射光的两种成分。

有时期望提供光学元件的可调性。例如，存在对于可调激光器的强烈需要。已经创建了一些多层光学元件，通过改变到达元件的表面的入射光的角度将这些多层光学元件调为期望的波长；因为相比于垂直表面达到的光，与法线成一角度到达的光穿过边界之间更多的材料，所以相比于垂直表面达到的光，以一角度到达的光可以在更长波长展示干涉效应。通常通过旋转元件来实现对入射光的角度进行改变。通过旋转元件进行光学调整有时并不方便。

存在一些现有方法，基于用于半导体制造的这些方法用于创建小型结构，这些小型结构具有位于基底或底层之上的填充空气的空间上悬浮的顶板。作为示例，通过引用并入本文的美国专利5,526,951的公开描述了形成微镜的过程，微镜中的每一个都由枢转支撑结构来支撑，并悬浮在位于底层或基底之上的狭窄空气空间或腔的上面。

发明内容

在实施方式中，多层光学器件包括在基底上形成的布置，所述布置包括至少第一层、第二层以及设置于所述第一层与所述第二层之间的空间。所述空间具有高度，而且所述第一层、第二层、以及所述第一层与所述第二层之间的所述空间形成的所述布置能够从入射到所述布置上的电磁能量产生透射、反射或散射的、在光谱上修改的电磁能量。所述光学器件的光学功能至少部分地依赖于干涉效应。

在实施方式中，光学检测器系统包括多层光学器件，包括在基底上形成的布置，所述布置包括至少第一层、第二层以及设置于所述第一层与所述第二层之间的间隔物。所述间隔物具有间隔物高度，而且所述第一层、第二层、以及所述间隔物形成的所述布置限定空间，所述器件能够以光谱依赖的方法通过干涉对入射电磁能量进行修改。所述空间与结构流体连通，用于接收第一流体，使得所述光学器件在所述空间内不存在所述第一流体的情况下以第一模式操作，并且在所述空间内存在所述第一流体的情况下以第二模式操作。所述系统还包括光检测器，与所述光学器件光学连通，用于从所述多层光学器件接收修改的电磁能量；以及控制器，与所述空间流体连通，并且能够操作以安排所述空间内是否存在所述第一流体。

附图说明

图1是部分制造的、简单的多层光学元件的截面图；

图1A是移除牺牲层之后的图1的部分制造的多层光学元件的截面图；

图1B是移除牺牲层并注入流体之后的图1的多层光学元件的截面图；

图1C是根据实施方式的、将融化的牺牲层用作流体并且使用疏水性墨水来限定牺牲层的部分制造的多层光学元件的截面图；

图2是根据实施方式制造多层光学元件的过程的流程图；

图2A是根据实施方式可以由多层光学元件提供的光谱特征的图示；

图3是根据实施方式的电力可调的多层光学元件的截面图；

图4是电力可调的多层光学元件的可替换实施方式的截面图；

图4A是液压可切换光学器件的可替换实施方式的俯视平面图，该液压可切换光学器件能够在光学活性腔中存在第一流体的情况下以第一模式操作，并且在光学活性腔中存在第二流体的情况下以第二模式操作；

图4B是具有电热泵的可切换光学器件的可替换实施方式的俯视平面图；

图5是具有多层、堆叠、可调节间隔表面的电力可调的多层光学元件的可替换实施方式的截面图；以及

图6、图7和图8示出了利用本文所描述的可切换光学元件的实施方式的系统的光路。

具体实施方式

最近，已经进行很多工作来改变半导体加工技术，以制造微机械器件和具有电子及微机械元件的器件。这种微机械元件可以包括多层材料之间的腔。例如，通过在硅晶元的表面上的密封腔之上形成材料(诸如二氧化碳)膜，已经构建了压力传感器。膜的挠度被监测为压力的测量。类似地，德州仪器(Texas Instrument)已经销售投影显示设备，其通过静电偏转铝微机械镜进行操作，铝微机械镜是在形成于半导体晶元的表面上的填充空气的腔上形成的，但是这些显示设备依赖镜表面的反射，而不依赖干涉效应，而且它们的功能不依赖于流体的折射率。

通常情况下，层与层之间的这种腔通过以下处理形成：(1)在耐选定蚀刻处理的基底上沉积牺牲层，(2)将耐选定蚀刻处理的材料沉积为顶层，(3)在顶层上产生开口以暴露牺牲层，和(4)蚀刻牺牲层以创建腔。顶层可以通过由剩余牺牲层材料的底座所形成的间隔物、由沉积顶层之前在牺牲层中蚀刻的孔中形成的支持柱所形成的间隔物来支撑在腔之上，或者在沉积顶层之前可以移除牺牲层的选定部分，允许顶层在特定位置接触基底106以形成一体间隔物。因此形成的腔通常具有至少部分地由牺牲层的厚度确定的静止高度。

附加层可以沉积在顶层的顶部。同样通常在如微机械加工的压力传感器等设备中发现的这种层可以包括密封和钝化层，以及传导和应变传感器层。

空气和真空具有低介电常数(例如，接近1.0)。液体通常具有高于1.0的介电常数。

在实施方式中，基于干涉的多层光学元件100(图1)包括两层或更多层材料的结构，例如在腔之上形成的且通过支撑物108支撑在基底106之上的顶层102。腔表示在早期处理阶段通常由牺牲层104所占据的空间。基底106可以是其内部具有半导体结的集成电路，或者可以是刚性或柔性板或玻璃透镜或其他透明材料的透镜，基底106可以是不透光材料或吸光材料，或者可以具有其他机械、电或光学性质。

在实施方式中，参照针对元件100的图1以及针对元件制造方法200的步骤的图2，元件100是这样形成的，首先化学清洗基底106，然后沉积两层或更多层的两种或更多种材料，例如首先沉积202牺牲层104然后沉积204顶层102，接着使用一种或多种半导体制造兼容的沉积处理(如溅射、化学气相沉积、蒸发沉积)在基底上沉积薄膜。

在沉积202每层(例如牺牲层104)之后，沉积的层可以被图案化206以利用与用于半导体处理中的图案化的方法相似的方法产生到底层或基底106的开口，方法包括光致抗蚀剂的沉积、利用图案化的光或利用电子束进行光致抗蚀剂暴露、将光致抗蚀剂显影以将区域暴露给蚀刻处理、蚀刻暴露的区域、并剥离光致抗蚀剂。之后将被移除的层(如牺牲层104)的图案化，允许叠置层(如顶层102)接触底层或基底106，从而形成支撑结构，如支持物108，一旦移除牺牲层104，支撑结构将顶层102保持在仍然与底层或基底106分离的原位。

在可替换的实施方式中，支持物108是通过沉积208耐蚀刻处理212(用于移除牺牲层104)的材料的支撑塞形成的。支撑塞通常沉积为层，随后进行平坦化。如果执行平坦化，则平坦化通常通过半导体制造领域中已知的机械化学抛光实现，而且是在沉积顶层102之前执行的。

接下来，顶层102被图案化210以产生一个或多个开口109，通过开口109可以移除牺牲层104。然后移除牺牲层104，如进一步参照图1A所示，留下了空间105，通常通过蚀刻212牺牲层104；然而，在可替换的实施方式中，牺牲层104可以通过在溶剂中溶解、通过热解、或通过蒸发而移除。

接下来，使在顶层102下方形成的、以前牺牲层104所位于的腔填充214流体，如进一步参照图1B所示。在实施方式中，流体是气体，如空气。在可替换的实施方式中，流体是在感兴趣的电磁波长处透明或半透明的液体107，并通过毛细作用填充腔。流体通常具有，或者在系统中使用一种以上流体的情况下多种流体中的至少一种流体具有，与顶层102的折射率和底层或基底106的折射率不同的折射率。

然后附加的密封或钝化层111(图1B)被添加216以通过对开口109进行覆盖和密封来对流体进行封装，牺牲层104通过开口109被移除212且空间通过开口109被填充214流体107。在进一步处理中，可以添加附加的叠置层，包括电极层或热电阻层，如图3、图4、图4A、图4B、和图5所示。

在可替换的实施方式中，牺牲层104由低温下呈固体的材料形成；在这个实施方式中，在低温下形成牺牲层104、图案化用于支撑物108的开口、并沉积顶层102。一旦牺牲层104被顶层102覆盖，则允许器件加热至工作温度，此时牺牲层104融化为流体107，本文中这个实施方式被认为具有融化的流体。

在利用极性和非极性流体往往不相融原理的实施方式中，存在极性融化的流体107。当需要用于支撑物108的开口时，使用疏水性墨水113；可替换地，当需要极性融化的流体时，可以使用亲水性墨水。

然后使用处于液态形式的极性流体；这种流体被墨水113排斥并积累形成牺牲层104，其中底层或基底106上不存在墨水113。然后使部分制造的设备冷却以冻结牺牲层，从而允许在牺牲层104的顶部沉积叠置的顶层102。可替换地，通过使用离子束加工来产生用于支撑物108的开口，从而在不需要光致抗蚀剂或光致抗蚀剂显影剂的情况下在牺牲层104中形成开口。在这个实施方式中，不需要为了移除牺牲层104而在顶层102中形成开口109，因为牺牲层104只是融化为流体107而不移除。

在沉积一层或多层之后，可以执行退火或其他热处理以增强层的光学、机械或电性能。

参照图1、图1A、图1B和图1C，顶层102、以前由牺牲层104所占据的填充流体107的腔、底层或基底106、以及可能存在的其他层的结构通过干涉效应是光学活性的，作为多层光学器件，因为在顶层102的顶面150和底面152处、以及在底层或基底106的顶面154处形成具有至少一些反射的边界。此外，由于通过移除牺牲层104而留下的空间105中的顶层102和流体107是透明或半透明的，所以将通过表面150、152和154之间的距离确定入射光130的波长，在这些波长处，来自这些表面的反射将相加或抵消。相加或抵消的材料的折射率在电磁波谱的感兴趣区域的特定波长处提供光谱特征，例如透射234、134或反射236、132中的波谷230和波峰232，如图2A所示。在许多实施方式中，为增强干涉效应，表面与表面之间所有这些距离中的一些距离被选择为与感兴趣的电磁频谱的一部分中光的波长相似的距离，这意味着这些距离被设计为在四分之一波长至约10倍波长的范围内。对多层光学器件的调整可以通过改变填充流体的腔的厚度、从而改变图1中底层或基底的顶面154处的光学边界与顶层102的表面150、152之间的间隔来实现。调整还可以通过将填充流体的腔内的流体替换为具有不同折射率的另一种流体来实现，如以下参照图4A的描述，因为流体的折射率的变化将改变填充流体的腔的每个边界的相对反射，并且在波长上改变从边界到边界的有效间隔。有效间隔的变化转而改变器件的光谱响应的一个或多个光谱特征，例如图2A，相对于响应234中的波峰232，反射率240的波峰238在波长上发生移动。在一些实施方式中，多层光学器件具有一个或多个光学活性区域，该区域具有顶层102、底层或基底106、以及以前由牺牲层104占据的填充流体的空间105，并且该区域能够执行期望的光学功能，例如在光谱上修改系统中的光，而且多层光学器件被一个或多个其他区域围绕，该区域具有执行其他功能的结构，例如支撑件、控制件、流体导管、和流体注入空间105中以及流体从空间105移除。

在实施方式中，具有多个光谱分量的入射光130通过多层光学器件被划分为反射分量132和透射分量134。腔105的形状的变化可以改变反射分量132与透射分量134之间光谱分量的划分。

在如图3所示的实施方式中，空间中的流体是空气或其他可压缩气体，底层或基底的顶面154处的光学边界与顶层102的表面150、152之间的间隔的调节是以静电方式完成的。在这个实施方式中，透明导电层260可以由位于顶层102之上的导电氧化物(锡氧化物或铟锡氧化物)形成。在具有不导电支持物261的可替换的实施方式中，顶层102本身可以由透明导电材料制成。类似地，第二导电层262在腔的下方形成。在这个实施方式中，通过将导电层260、260连接至电压源263在导电层260、260之间施加的电场将引起顶层102的偏转，从而改变顶层102的下表面152与基底106或底层的上表面154之间的光学距离，并且改变光的光谱发生变化所处的波长。

在可替换的实施方式中，如图4所示，已移除牺牲层104的填充流体的空间被划分为两个或更多个室，例如光学活性室280和增压室282。增压室282作为控制器的室，控制器用于将流体引入光学活性室280、调节光学活性室280中存在的流体的压力、和/或在光学活性室280的第一流体与第二流体之间交换流体、或以其他方式控制光学活性室280内的流体。典型实施方式中的控制器的其他部件包括将电压施加到增压室的静电板、或者将电流施加到增压室的加热器以对流体进行引导和控制的设备。在这个实施方式中，增压室282配备有顶部导电层284和底部顶部导电层286，使得顶部导电层284与底部顶部导电层286之间的电压提供静电力，该静电力用于向下偏转顶层288，压缩增压室282中的流体。然后，一些流体流入光学活性室280并向顶层290施加压力，从而使顶层向外弯曲并增加顶层290的下表面292与底层或基底的上表面294之间的距离。

在可替换的实施方式中，每个增压室282配备有由电阻传导层形成的、位于顶部或底部的电加热元件(例如顶部导体284)，使得室内的流体能够被加热；由于加热时流体膨胀，所以对室进行加热将引起压力的增加，压力的增加将导致光学活性室280的顶层向外弯曲，增加顶层290的下表面292与底层或基底的上表面294之间的距离。

在可替换的实施方式中，如图4A所示，增压室282填充为液体并具有第一折射率的第一流体，第一流体在与第二流体的边界处形成弯月面283，第二流体与第一流体不相融并且具有第二折射率，在实施方式中第二流体是诸如空气的气体，在可替换的实施方式中第二流体是液体。利用光学活性室280中的第二流体，光学活性室执行第一光学功能。

在图4A的实施方式中，由热、静电力、或微流体领域中已知的任何其他方法所引起的增压室282中压力的增加将用于迫使第一流体的一部分从增压室进入光学活性室280。在这种情况下，第一流体代替从光学活性室280进入储藏室295的第二流体，从而利用第一流体代替光学活性室280内的第二流体，第一流体推进以在不同于静止弯月面283的位置处形成第二弯月面281。因为第一流体和第二流体具有不同的折射率，所以当改变光学活性室280中的流体时，填充流体的腔的每个边界的相对反射以及在波长上从边界到边界的有效间隔发生变化；使得光学活性室280对入射光执行第二功能。可以提供附加室和通道，包括微流体开关、阀和其他流量控制装置，以对进入和通过光学活性室的所描述的两种或更多种流体的流量进行控制。可以集成通过电润湿法工作的微流体泵和流体晶体管，以对进入光学活性室280的流体流量进行控制或驱动。据预计，这些通道、室、开关、阀、流体晶体管和其他设备中的一些或全部可以集成到同一基底206、296上，作为光学器件。此外，在一些实施方式中，光学器件的光学活性室280可以耦合至用于对反射光、透射光、或入射光中的任意或全部进行传输的光纤；在其他实施方式中，光学器件的光学活性室280可以耦合至建造在基底206、296之内或位于基底206、296下方的一个或多个光电元件，如光传感器、光电二极管或激光二极管。

通过使第二流体返回到室280并且使第一流体返回到增压室282，光学活性室可以切换回执行它的第一功能。因此，根据室280内是否存在第一流体，设备可在第一光学功能与第二光学功能之间切换。

第一功能和第二功能可以被视为操作模式，并且可以形成模式对。据设想，通过选择本文所述的材料、流体、厚度和间隔，这种模式对可以被安排为针对特定波段的光谱滤波和非滤波；聚焦和非聚焦；衍射光栅分散波长和非分散；以及反射和透射。

在实施方式中，光学活性室280包括间隔物材料285，并形成连续空间。也就是说，间隔物材料285位于第一层(例如，图3和图4中的基底106或导电层262、286)与第二层(例如，图1和图3中的顶层102，或图4中的顶层290)之间并与第一层和第二层相接触。第二层由间隔物材料285支撑，使得空间由间隔物(在空间的边缘)以及第一层和第二层(形成空间的底部和顶部)限定。在这个实施方式中，多层器件可以在例如具有第一通带波长的分色镜或光学滤波器的第一操作模式与具有第二通带波长的第二操作模式之间切换。

在图4A所示的可替换的实施方式中，光学活性室280具有间隔物材料设置于其中的结构287。图4A示出了五个不连续的结构287；然而，其他实施方式可以包括不同数量的结构287而且这种结构可以是连续的。当光学活性室280填充折射率明显不同于结构287的空气或流体时，器件的光学功能受到结构287的图案、宽度和空间影响。在结构287具有与电磁辐射的波长相似的特征(例如，结构之间的长度、宽度或空间)的实施方式中，结构287可以在不同波长和角度处引起明显的相长干涉和相消干涉。应该理解，宽度和/或间隔规则的结构287可以产生某种有用效果(例如，形成衍射光栅或菲涅尔透镜)，而不规则的结构可以产生不同的有用效果(例如，产生有效渐变折射率结构或随机漫射结构)。

在可替换的实施方式中，结构287形成超透镜或超材料。对于本文而言，超透镜是具有宽度和间隔的特征图案的光学器件，无论宽度和间隔是否均匀或不均匀，宽度和间隔在与光学器件进行交互的电磁辐射感兴趣的特定波长的大约十分之一波长与几倍波长之间。超透镜器件对入射到其上的特定波长的电磁辐射进行操作或引导，并且可以例如但不限于用作会聚透镜或发散透镜、或用作波导。在这些实施方式中，当室填充折射率明显不同于间隔物材料的流体时，通过结构287形成的衍射光栅或超透镜是活性的并执行如衍射或透镜化等光学功能，但是当室填充折射率与间结构287的折射率接近或匹配的流体时，通过结构287形成的衍射光栅或超透镜是非活性的，从而执行如光透射等不同的光学功能。在其他实施方式中(例如，如图1和图3所述)，不包括结构287的光学活性区域可以被认为具有通光孔径。

在示例性实施方式中，第一流体和第二流体之一具有与结构287的折射率近似匹配的折射率，而另一流体具有明显不同的折射率。在这个实施方式中，当在光学活性室中存在与这些结构的折射率相匹配的流体时，这些结构在光学上消失而且器件的光学功能通过其他层之间的边界来确定。当在室中存在具有明显不同折射率的流体时，器件具有通过这些结构287确定的光学功能(例如，当结构287的特征近似于感兴趣的波长时，作为衍射光栅)。

在又一可替换的实施方式中，如图5所示，重复参照图2描述的步骤，从而形成两个填充流体的光学活性室，下部光学活性室302和上部光学活性室304，这两个光学活性室彼此垂直堆叠并且利用下部室302的顶层306将它们分离开。上部光学活性室304具有顶层307。在这个实施方式中，提供了两个增压室308和310，其中增压室308、310中的每个室都具有与光学活性室302、304中的各自室流体连通的通道。在示出的实施方式中，增压室308或基于电润湿法的流体泵(未示出)具有通过可选分隔物312到达下部光学活性室302的流体通道，而且增压室310具有通过可选分隔物314到达上部光学活性室304的流体通道。在这个实施方式中，增压室308和310中的每个室都包括一对电极。如图所示，增压室308具有电极316和318，增压室310具有电极320和324。当将静电场施加至一对给定的电极316、318、320和324时，电极将静电力施加至相应流体，调整光学活性室302与304之间的间隔，从而改变波长(在该波长处来自这些表面的反射波阵面相互影响)，进而调整系统。在实施方式中，下部光学活性室302中的压力大于上部光学活性室304中的压力，引起顶层306和307的偏转。

在一些实施方式中，通过对光学活性室302和304中的流体进行替换来代替通过顶层306和307的偏转以实现改变光学功能，此时可以提供单一增压室308或其他流体源。

可替换的实施方式可以使用除静电力以外的泵抽技术(例如，基于电润湿法或基于温度变化的泵抽)将流体移入光学活性室或者将流体从光学活性室移除。例如，如图4B所，在实施方式中，多层光学器件具有由一行或多行电阻材料形成的、能够将热施加至增压室282的电阻加热元件299，使得由加热元件引起的温度上升将引起会增压室282内的流体膨胀或者部分汽化和膨胀，驱动流体的一部分流入光学活性室301，对于本文而言，装备有这种加热元件的增压室被表示为“电热泵”。在可替换的实施方式中，电润湿泵引起流体流入光学活性元件。本领域中已知的其他微流体部件也可用于泵抽、开关、或控制流入光学活性室301的流体的流量。

在特定的实施方式中，光学活性室302、304可以在例如激光二极管或光传感器330等光电器件上形成。

在特定的实施方式中，本文所描述的多层光学器件被耦合至控制器，该控制器控制、驱动或改变光学活性室的一个或多个空间中的流体。在实施方式中，控制器是直接改变空间中流体的流体设备。在可替换的实施方式中，控制器将电压施加至增压室的静电板，或者将电流施加至增压室的加热器，从而压缩或驱动流体进入或离开器件的光学活性室。

具有如图1、图1A、图1B、图1C、图3、图4A、图4B、或图5中所示结构、以及根据图2制造的器件，可以用于具有光学路径的系统中，这些光学路径包括图6、图7和图8中所示的光学路径以及其他光学路径。例如，光路448(图6)可以允许光450通过孔径452进入根据图1、图1A、图1B、图1C、图3、图4、或图5的可切换的、微流体光学器件458的光学活性区域454。通过光学器件458的光457可以入射在光检测器或成像设备459上。在这个实施方式中，光学器件458作为分色镜或带阻滤波器。类似地，通过光学器件458反射的光460可以入射在成像设备或光检测器462上。根据流体存在、流体成分、或流体压力，光学器件458具有至少第一光学功能和第二光学功能，流体通过控制器464来控制使得器件458执行第一功能或第二功能。

类似地，在如图7所示的光谱仪中，入射光480可以通过可切换的、微流体光学器件482根据波长被分散，可切换的、微流体光学器件482包括根据图1、图1A、图1B、图1C、图3、图4A、图4B、或图5的、用作衍射光栅的光学活性区域454。分散的光484可以转而入射在光检测器486上。在控制器488的控制下，图7的可切换的、微流体光学器件482可以在第一模式中操作以分散一段波长的光，而在第二模式中操作以分散第二段波长的光，例如操作为可从近红外切换至远红外波长操作的光谱仪。

在控制器的控制下操作的、入射在根据图8的超透镜器件492的活性区域上的入射光490可以根据第一操作模式或第二操作模式通过超透镜器件492聚焦或进行其他修改。聚焦或修改的光496入射在光检测器498上。超透镜器件492的操作模式可以依赖于器件492的活性区域的腔中流体的存在或压力。

因此，已经示出并描述了若干实施方式，这些实施方式具有尺寸与光的波长近似的一个或多个腔，当流体被添加到腔中或者从腔中移除时、当腔内流体压力改变时、或者当流体从一种流体类型改变为另一种流体类型时，腔的性能和/或功能将改变。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以对本主题进行多种修改、变化、改变、以及其他使用和应用，而且在不脱离本发明的精神和范围的情况下的修改、变化、改变、以及其他使用和应用被视为仅由以下权利要求书所限定的发明所覆盖。

Claims (28)

1.多层光学器件，包括：

在基底上形成的布置，所述布置包括至少第一层、第二层以及设置于所述第一层与所述第二层之间的空间，所述空间具有高度，

其中，所述第一层、所述第二层、以及所述第一层与所述第二层之间的所述空间形成的所述布置，能够从入射到所述布置上的电磁能量产生透射、反射或散射的、在光谱上修改的电磁能量，而且所述光学器件的光学功能至少部分地依赖于干涉效应。

2.如权利要求1所述的多层光学器件，其中所述第一层是所述基底。

3.如权利要求1所述的多层光学器件，进一步包括间隔物，所述间隔物设置在所述第一层与所述第二层之间并且与所述第一层和所述第二层接触，其中所述第二层由所述间隔物支撑，而且所述空间由所述间隔物、所述第一层和所述第二层限定。

4.如权利要求3所述的多层光学器件，其中所述间隔物是不连续的，并且包括具有图案的彼此分离的两个或更多个结构。

5.如权利要求4所述的多层光学器件，其中所述间隔物的结构的图案能够用作衍射光栅。

6.如权利要求5所述的多层光学器件，进一步包括设置在所述空间内的第一流体。

7.如权利要求6所述的多层光学器件，进一步包括装置，所述装置用于将所述空间的光学活性区域内的流体从具有第一折射率的所述第一流体改变为具有第二折射率的第二流体，其中当所述第一流体位于所述空间中时，所述多层光学器件的光学功能是第一功能，而当所述第二流体位于所述空间中时，所述多层光学器件的光学功能是不同于所述第一功能的第二功能。

8.如权利要求7所述的多层光学器件，其中所述第一光学功能和所述第二光学功能形成模式对，所述模式对选自针对波段进行的衍射和非衍射、光谱滤波和非滤波；聚焦和非聚焦；以及反射和透射。

9.如权利要求6所述的多层光学器件，具有结构，使得作用在增压室中的流体上的温度或静电力确定所述第一流体是否存在于所述空间中。

10.如权利要求1所述的多层光学器件，进一步包括设置在所述空间内的第一流体。

11.如权利要求10所述的多层光学器件，其中所述光学器件的光学功能随着所述空间内的所述流体的压力而改变。

12.如权利要求10所述的多层光学器件，具有结构，使得作用在增压室中的所述第一流体上的温度或静电力确定所述空间内的所述流体的压力。

13.如权利要求1所述的多层光学器件，其中所述间隔物限定具有通光孔径、衍射光栅或超透镜之一的光学活性区域。

14.如权利要求13所述的多层光学器件，进一步包括装置，所述装置用于将所述光学活性区域内的流体从第一流体改变为第二流体。

15.如权利要求14所述的多层光学器件，其中所述第二流体是液体。

16.如权利要求14所述的多层光学器件，其中：

当所述第一流体存在于所述光学活性区域中时，所述光学器件具有第一光学功能，所述第一光学功能依赖于所述第一流体的折射率以及所述第一层与所述第二层之间的所述空间的高度；

当所述第二流体存在于所述光学活性区域中时，所述光学器件具有第二光学功能，所述第二光学功能依赖于所述第二流体的折射率以及所述第一层与所述第二层之间的所述空间的高度。

17.如权利要求16所述的多层光学器件，其中所述第一流体被选择以使得所述光学器件的光学功能包括通过所述第一流体的折射率确定的第一功能，并且使得具有不同折射率的第二流体在所述光学活性区域中的存在使所述光学器件的光学功能包括不同的功能。

18.如权利要求1所述的多层光学器件，其中所述器件包括通过溅射、蒸发、化学气相沉积中的至少之一沉积的一个或多个薄膜。

19.如权利要求1所述的多层光学器件，具有结构，所述结构用于将第一流体引入所述空间内，使得所述光学器件能够当所述空间内存在所述第一流体时而工作在第一模式下，并且当所述空间内不存在第一流体时而工作在第二模式下。

20.如权利要求19所述的多层光学器件，其中所述第一流体是液体。

21.如权利要求19所述的多层光学器件，其中所述第一模式和所述第二模式形成模式对，所述模式对选自针对波段进行的光谱滤波和非滤波、聚焦和非聚焦、以及反射和透射。

22.如权利要求21所述的多层光学器件，进一步包括与所述空间流体连通的控制器，所述控制器能够操作以安排所述空间内是否存在所述第一流体，从而使所述光学器件以所述第一模式或所述第二模式操作。

23.如权利要求1所述的多层光学器件，其中所述第二层是薄膜。

24.光学检测器系统，包括：

多层光学器件，包括在基底上形成的布置，所述布置包括至少第一层、第二层以及设置于所述第一层与所述第二层之间的间隔物，所述间隔物具有间隔物高度，其中所述第一层、第二层、以及所述间隔物形成的所述布置限定了空间，所述器件能够以光谱依赖的方法通过干涉对入射电磁能量进行修改，而且所述空间与结构流体连通，用于接收第一流体，使得所述光学器件在所述空间内不存在所述第一流体的情况下以第一模式操作，并且在所述空间内存在所述第一流体的情况下以第二模式操作；

光检测器，与所述光学器件光学连通，用于从所述多层光学器件接收修改的电磁能量；以及

控制器，与所述空间流体连通，并且能够操作以安排所述空间内是否存在所述第一流体。

25.如权利要求24所述的光学检测器系统，其中所述第一模式和所述第二模式形成模式对，所述模式对针对波段进行的光谱滤波和非滤波、聚焦和非聚焦、衍射和非衍、以及反射和透射。

26.如权利要求24所述的光学检测器系统，其中所述多层光学器件是波长选择滤波器，当所述波长选择滤波器被配置为以所述第一模式操作时，所述波长选择滤波器将电磁辐射光谱的一部分透射至所述光检测器，当所述波长选择滤波器被配置为以所述第二模式操作时，所述波长选择滤波器将电磁辐射光谱的更大部分透射至所述光检测器。

27.如权利要求24所述的光学检测器系统，其中与所述第一模式相关联的第一光谱响应展示从给定操作波长范围内的波谷和波峰中选择的至少一种光谱特征，与所述第二模式相关联的第二光谱响应展示所述操作波长范围内的不同光谱特征。

28.如权利要求24所述的光学检测器系统，其中

所述控制器能够将所述第一流体和第二流体之一放置在所述空间内；而且

所述控制器被配置以通过选择性地将所述第一流体和第二流体之一放置在所述空间内以使得所述多层光学元件分别展示产生的所述第一光谱特征与第二光谱特征之一，对所述光谱检测系统进行调整。

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