CN105051484B - 基于空间分束的光学mems干涉仪 - Google Patents

基于空间分束的光学mems干涉仪 Download PDF

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Abstract

一种基于空间分束的光学微机电系统(MEMS)干涉仪包括用于将输入光束空间分束成两个干涉仪光束的空间分束器和用于将两个干涉仪光束空间合束的空间合束器。提供了一种MEMS可移动镜，用于产生第一干涉仪光束和第二干涉仪光束之间的光学路径差。

Description

基于空间分束的光学MEMS干涉仪
相关申请的交叉引用
本国际申请要求以下美国申请的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文并且成为本国际专利申请的一部分以用于所有目的：
1. 2013年2月4日提交的题目为“Spatial Splitting-Based Optical MEMSInterferometers”的未决美国实用新型申请序列号13/758,580(代理人案号No.BASS01-00016)，其根据35U.S.C.§119(e)要求以下美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文并且成为本美国实用新型专利申请的一部分以用于各种目的：
a.2013年1月7日提交的题目为“Spatial Splitting-Based Optical MEMSInterferometers”的未决美国临时专利申请序列号61/749,835(代理人案号No.BASS01-00016)。
技术领域
本发明涉及光学MEMS干涉仪。
背景技术
微机电系统(MEMS)技术，以及其各种致动技术，实现了光子器件的新功能和特征。例如，通过使用MEMS致动来控制干涉仪的可移动镜，可以引入干涉仪光学路径长度的位移，并且因此，可以获得干涉光束之间的差分相位。所获得的差分相位可以用于测量干涉仪光束的光谱响应(例如，使用傅里叶变换光谱学)、组织的次表面图像(使用光学相干断层成像)、移动的镜的速度(例如，使用多普勒效应)，或者仅作为光学相位延迟元件。
MEMS干涉仪是诸如光学光谱仪之类的很多传感器应用中的关键元件。近期已经使用诸如绝缘体上硅(SOI)晶片上的表面微加工、LIGA以及深层反应离子刻蚀(DRIE)之类的技术对MEMS干涉仪进行了改进。
大多数微加工干涉仪是基于使用借助介电界面的反射和透射的常规分束技术(分束器)。这种干涉仪一般进一步包括固定和可移动金属镜。当使用在SOI晶片上进行DRIE的技术时，MEMS微镜通过使用掩膜溅射技术将硅侧壁选择性金属化而形成。这一金属化技术表现出微加工干涉仪的一个主要问题，因为在镜和分束器之间需要留出相对大的距离。这一距离是由于镜的金属化需要，同时保持分束器介电表面免受金属影响。这种长的光学传播距离降低了干涉仪的性能，尤其在有限的SOI器件高度的情况下。此外，由于在分束器的介质内的传播，在近红外和可见光波长范围可能引入吸收损耗。
在微加工干涉仪中面临的另一问题是色散。如上文所述，在基于MEMS的干涉仪中，分束器可以是硅壁或者仅是空气/硅(或者任何其他材料)界面。在这种结构中，光束在一个臂中穿过硅部分，而第二臂没有硅(例如仅在空气中传播)。由于硅(或者用于分束器的任何其他等效材料)具有随波长变化的折射率，所以可能在干涉仪中引入相位错误(依赖于波长的相位偏移)。这一问题可以通过加入补偿界面解决。然而，如果这些界面未进行抗反射涂覆，则加入这种补偿介电界面可能导致更大的菲涅耳(Fresnel)损耗。在光学MEMS单片系统中，诸如使用对SOI晶片进行DRIE而制作的MEMS单片系统，抗反射涂覆不是简单的工艺步骤。此外，对于像FTIR光谱学的应用而言，AR涂覆一般带宽不够宽。由于使用DRIE所致的刻蚀表面的表面粗糙度，具有很多界面还导致更多的散射损耗。因此，需要更高效率的微加工干涉仪。
发明内容
本发明的实施例提供一种光学微机电系统(MEMS)干涉仪，包括空间分束器、空间合束器、可移动镜以及MEMS致动器。空间分束器接收输入光束并且将输入光束空间分束为第一和第二干涉仪光束。空间合束器接收第一和第二干涉仪光束并且将它们空间合束以便产生输出。输入光束、第一和第二干涉仪光束以及输出光束中的每个在不同于空间分束器介质和空间合束器介质的传播介质内传播。可移动镜接收第一和第二干涉仪光束之一并且朝着空间合束器反射所接收的光束。MEMS致动器耦合到可移动镜以便引起其位移从而产生第一干涉仪光束和第二干涉仪光束之间的光学路径差。
空间分束器可以包括，例如，截断分束器、中空多模干涉(MMI)波导、开槽分束器以及Y形分束器。空间合束器可以包括，例如，聚焦元件、中空MMI波导、开槽合束器、双缝合束器或者Y形合束器。
附图说明
对于本发明的更完整的理解可以通过参照下文的具体实施方式并且结合附图获得，其中：
图1图示了根据本发明的实施例的示例性的基于空间分束的光学MEMS干涉仪(SSB-MI)；
图2A至图2C图示了根据本发明的实施例的用于在SSB-MI内使用的示例性空间分束器；
图3A至图3C图示了根据本发明的实施例的用于在SSB-MI内使用的另一示例性空间分束器；
图4A至图4B图示了根据本发明的实施例的用于在SSB-MI内使用的另外的示例性空间分束器；
图5图示了根据本发明的实施例的用于在SSB-MI内使用的另一示例性空间分束器；
图6图示了根据本发明的实施例的用于在SSB-MI内使用的示例性空间合束器；
图7图示了根据本发明的实施例的用于在SSB-MI内使用的另一示例性空间合束器；
图8图示了根据本发明的实施例的用于在SSB-MI内使用的另一示例性空间合束器；
图9图示了根据本发明的实施例的用于在SSB-MI内使用的另一示例性空间合束器；
图10图示了根据本发明的实施例的用于在SSB-MI内使用的另一示例性空间合束器；
图11图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的示例性设计；
图12图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的另一示例性设计；
图13图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的另一示例性设计；
图14图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的另一示例性设计；
图15图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的另一示例性设计；
图16图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的另一示例性设计；
图17A和图17B图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的另外的示例性设计；
图18图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的另一示例性设计；
图19图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的另一示例性设计；
图20图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的示例性设计；
图21A和图21B图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的示例性应用；
图22A至图22C图示了根据本发明的实施例的SSB-MI的另外的示例性应用；
图23A和图23B图示了根据本发明的实施例的示例性的制造的SSB-MI；以及
图24A至图24C图示了包括根据本发明的实施例制造的SSB-MI的干涉仪的示例性测量。
具体实施方式
根据本发明的实施例，基于空间分束的光学MEMS干涉仪(SSB-MI)采用将输入光束空间分束并且将两个产生的干涉仪光束空间合束以便减少吸收损耗、传播距离、色散效应以及菲涅耳损耗。
现在参照图1，图示了根据本发明的实施例的示例性的基于空间分束的光学MEMS干涉仪(SSB-MI)。SSB-MI 10包括空间分束器30、路径差级40以及空间合束器70。路径差级40光学耦合在空间分束器30和空间合束器70之间并且提供两条路径(干涉仪臂)，通过这两条路径，相应光束可以空间分束器30和空间合束器70之间传输。
在示例性操作中，入射在空间分束器30上的输入光束20被空间分束成两个干涉仪光束34和36，每个干涉仪光束被引导向SSB-MI的路径差级40内的不同干涉仪臂。输入光束20可以由红外激光器、可见光激光器、白光源或者任何其他类型的光源产生。在穿过路径差级40中的相应干涉仪臂之后，两个干涉仪光束34和36在空间合束器70处合束以便产生可以被提供到例如输出光纤或者检测器的输出80(即，干涉图样)。
在一个实施例中，干涉仪臂中的一个包括可移动镜50，而另一个臂包括固定镜60。MEMS致动器90耦合到可移动镜50以便引起可移动镜50的位置的位移，从而创建路径差级40内的干涉仪光束34和36之间的光学路径差(OPD)。镜50和60中的每个可以，例如，是金属镜或者非金属竖直布拉格镜。在其他实施例中，固定镜60可以不被包括在第二干涉仪光束36所通过的路径中。
在示例性实施例中，空间分束器30产生两个干涉仪光束34和36，而干涉仪光束34和36均不在形成空间分束器30的介质内传播。因为干涉仪光束34和36仅在一个介质中传播(可以是例如空气或者真空)，所以消除了常规吸收损耗。此外，空间分束器30可以通过若干不同的配置实现，这些配置提供减少的色散和菲涅耳损耗并且可以提供减少的传播距离。
下面将讨论不同的空间分束器配置，并且进而讨论各种空间合束器配置。接着将展示并入空间分束器配置和空间合束器配置中的一些的示例性SSB-MI设计。
现在参照图2A至图2C，图示了各种截断分束器配置。例如，在图2A中，示出了反射/透射型截断分束器30a，其中输入光束20的第一部分传播经过截断分束器30a而未入射在截断分束器30a上以便形成第一干涉仪光束34，而输入光束20的另一部分从截断分束器30a的反射表面38反射以便形成第二干涉仪光束36。
在图2A所示的实施例中，反射表面38是对准为接收输入光束20的一部分的倾斜表面，从而使得输入光束20被分束为两个干涉仪光束34和36，并且干涉仪光束36从反射表面38反射。倾斜表面可以朝向输入光束20倾斜(如图2A所示)，使得反射的干涉仪光束36被反射穿过入射光束20的形成透射干涉仪光束34的部分，或者背离输入光束20倾斜，使得反射的干涉仪光束36不被反射穿过输入光束20的透射部分。
在另一实施例中(如图2B所示)，可以采用反射型截断分束器30b将输入光束20分束成两个反射光束。例如，截断分束器30b可以包括两个反射表面38a和38b，每个反射表面用于反射输入光束20的入射在其上的相应部分以便产生第一干涉仪光束34和第二干涉仪光束36。
因此，两个反射表面38a和38b相对于输入光束20定位以便实现输入光束20的相应部分从每个表面38a和38b反射。在图2B所示的实施例中，第一和第二反射表面38a和38b在其共享边缘处耦合。这一共享边缘被对准为接收输入光束20的中心的一部分，从而使得输入光束20被分束成两个干涉仪光束34和36，这两个干涉仪光束接着分别被反射表面38a和38b之一反射。
在图2A和图2B中的每个中，截断分束器30a和30b的反射表面38中的每个相对于输入光束20的传播方向成相应的非正交角度定向。此外，截断分束器30a和30b相对于输入光束20对准以便实现入射光束20的空间分束而不使输入光束20传播通过截断分束器30a/30b。两个干涉仪光束34和36的分束比(例如，提供给每个干涉仪光束34和36的输入光束20的光功率的百分比)可以通过输入光束20的中心的位置相对于截断分束器30a/30b的反射表面38的位置控制。
图2C图示了形成在绝缘体上硅(SOI)晶片或者基板100之上的反射/透射型截断分束器30a的配置，其中分束器形成在基板处理层之上的器件层中。输入光线110将输入光束20向截断分束器30a引导，其中输入光束20的一部分传输经过截断分束器30a以便形成透射干涉仪光束34，而输入光束20的另一部分从截断分束器30a的反射表面38反射以便形成反射干涉仪光束36。如图2C所示，透射和反射光束34和36的相应束斑32a和32b均小于输入光束20的光斑尺寸22。
图3A至图3C图示了另一空间分束器配置，其中输入光束20被成像为通过具有期望的宽度和长度的中空多模干涉(MMI)波导30c的两个输出光束(第一和第二干涉仪光束34和36)。在示例性实施例中，中空MMI波导30c是被硅200包围的空气波导，使得光束传播通过一种介质(空气)而不传播通过硅，这引起光束的导波并且因此引起其分束。例如，空气波导可以通过使用诸如深层反应离子刻蚀(DRIE)之类的任何类型的各向同性和/或各向异性刻蚀技术对绝缘体上硅(SOI)晶片进行选择性刻蚀来制造。
在图3A所示的实施例中，输入光束20被成像为输入光束的两个复制光束34和36，在经过等于3Lπ/8的距离之后具有入射光束一半的光束功率，其中
其中W为波导宽度而λ0为设计波长。两个相同光束34和36可以光学耦合到紧随波导30c之后的反射型截断分束器210以便将光束34和36向干涉仪的相应臂引导。
不同于图2A至图2C所示的截断分束器，图3A所示的中空MMI波导分束器30c不是宽带器件。然而，中空MMI波导分束器30c平顺地将输入光束20分束，然而截断分束器30a/30b急剧地将输入光束20分束，这可能导致一些衍射损耗。为了增加中空MMI波导分束器30c的带宽，可以使用除了具有沿着其长度方向的不变的宽度配置之外的配置。例如，如图3B所示，可以使用蝴蝶形MMI波导或者，如图3C所示，可以使用具有沿着其长度方向的抛物形宽度的MMI波导作为中空MMI波导分束器30c。
图4A和图4B图示了开槽分束器30d，其中对输入光束20的空间分束基于穿过由延伸穿过分束器30d的多个槽310形成的开槽表面300的反射/透射。开槽分束器30d和开槽分束器30d内的槽310相对于输入光束20的传播方向定向以便使得输入光束20的一部分穿过槽310而输入光束20的另一部分从开槽表面反射。这种开槽分束器30d是宽带器件，但是可能受到源于锐利的槽边缘的衍射损耗的影响。
例如，如图4A所示，槽310可以直线延伸穿过分束器30d(例如，在分束器30d的前开槽表面300和后开槽表面305之间)并且与前开槽表面300和后开槽表面305成非正交的角度定向，使得反射的干涉仪光束36基本上反射穿过输入光束20。此外，前开槽表面300可以包括在其上的金属层320以便实现输入光束20的一部分从前开槽表面300的反射。
取决于干涉仪应用，槽310之间的间隔可以是均匀的或者非均匀的并且槽的尺寸(槽的宽度)可以变化。然而，小的槽尺寸一般产生更高的分束效率。此外，干涉仪光束34和36之间的分束比可以由在输入光束20中心内的槽300的密度控制。
图4B图示了形成在绝缘体上硅(SOI)晶片100之上的开槽分束器30d的配置。可以，例如，使用深层反应离子刻蚀(DRIE)技术在SOI晶片100中形成DRIE沟槽310来制造开槽分束器30d，其中分束器被形成在基板处理层之上的器件层中。DRIE沟槽310和其间的硅平板一起形成开槽表面300，输入光束20的一部分从其反射从而形成反射的干涉仪光束36。输入光束20的另一部分透射穿过DRIE沟槽310从而形成透射的干涉仪光束34。DRIE沟槽和其间的平板可以被设计为具有小的宽度以便产生具有高的分束效率的开槽分束器30d。为了实现具有小的沟槽和靠近波长的平板宽度的开槽分束器30d，DRIE工艺应该被设计为使得对这种沟槽310的DRIE不到达氧化物层，而在MEMS致动器部分和可移动镜部分处的其他沟槽被刻蚀到器件层的末端以便使得能够释放这样的部分。
图5图示了Y形分束器30e，其中通过将输入光束20的第一部分引导穿过Y形分束器30e的第一分支500并且将输入光束20的第二部分引导穿过Y形分束器30e的第二分支505，输入光束20被逐渐分束成第一和第二干涉仪光束34和36。如图5所示，可以使用，例如，DRIE技术将Y形分束器30e制造在SOI基板100上。
现在参照图6至图10，现在将展示各种示例性空间合束器配置。在图6中，示出了抛物形反射器合束器70a，其中使用诸如抛物形镜或者凸透镜之类的聚焦元件将两个干涉仪光束34和36聚焦。光线或者检测器610被定位在曲率半径为R的抛物形反射器合束器70a的焦点处(R/2)以便接收输出80(即，干涉图样)。使用聚焦元件作为合束器70a而不是使用平面镜将光束34和36引导到检测器610处的一点可以导致两个光束34和36之间的更好的干涉可见度。
图7图示了中空MMI波导合束器70b，其中两个干涉仪光束34和36被输入到中空MMI波导合束器70b的相应开口并且被合束以在其输出处形成单个光束80。中空MMI波导合束器70b在概念上与上述中空MMI波导分束器30c相反地操作。因此，在等于3Lπ/8的距离后(其中Lπ在上述等式1中定义)，两个干涉仪光束34和36将被合束以便产生输出80(即，干涉图样)。
在示例性实施例中，中空MMI波导合束器70b是被硅200包围的空气波导。例如，空气波导可以通过使用诸如深层反应离子刻蚀(DRIE)之类的任何类型的各向同性和/或各向异性刻蚀技术对绝缘体上硅(SOI)晶片进行选择性刻蚀制造。虽然图7所示的中空MMI波导合束器70b是窄带器件，但是这种中空MMI波导合束器70b在插入损耗和两个干涉仪光束34和36之间的干涉可见度方面可以具有高效率。此外，为了增加中空MMI波导合束器70b的带宽，可以使用除了具有沿着其长度方向的不变的宽度的配置之外的配置。例如，可以使用蝴蝶形MMI波导或者具有沿着其长度方向的抛物形宽度的MMI波导作为中空MMI波导合束器70b。
图8图示了开槽合束器70c，其中干涉仪光束34和36的空间合束是基于穿过由延伸穿过合束器70c的多个槽310形成的开槽表面800和805的反射/透射。开槽合束器70c和开槽合束器70c内的槽810相对于干涉仪光束34和36的传播方向定向以便使得干涉仪光束之一34穿过槽810而另一干涉仪光束36从开槽表面805反射而未穿过任何槽810。
例如，如图8所示，第一干涉仪光束34在开槽合束器70c处的第一开槽表面800处被接收并且被引导穿过槽810，在此处干涉仪光束34穿过开槽合束器70c的第二开槽表面805离开。第二干涉仪光束36在第二开槽表面805处被接收并且被从第二开槽表面805反射从而与第一干涉仪光束34合束以便产生输出80(即，干涉图样)。在示例性实施例中，第二开槽表面涂覆有金属层320以便增加反射系数。
像在如图4A所示的开槽分束器所示，开槽合束器70c内的槽810可以直线延伸穿过合束器70c(例如，在两个开槽表面800和805之间)并且与开槽表面800和805成非正交角度定向，使得干涉仪光束36在反射之后在与干涉仪光束34相同的方向上传播。取决于干涉仪应用，槽810之间的间隔可以是均匀的或者非均匀的并且槽的尺寸(槽的宽度)可以变化。然而，更高密度的槽810可以促进透射的干涉仪光束34的更高吞吐量。
图9图示了双缝合束器70d，该双缝合束器实现了第一和第二干涉仪光束34和36的所选部分在通过相应的缝900和905被衍射之后的干涉以便产生输出80(干涉图样)。产生的干涉图样80可以被输出到输出光纤和/或被检测器610检测(后者在图中图示)。在另一实施例中，可以不使用缝，使得两个干涉仪光束34和36在沿着到输出光纤/检测器610的某个距离衍射之后进行干涉。
图10图示了Y形合束器70e，其中通过将第一干涉仪光束34引导通过Y形合束器70e的第一分支1000并且将第二干涉仪光束36引导通过Y形合束器70e的第二分支1005，干涉仪光束34和36被逐渐合束。两个干涉仪光束34和36在Y形合束器70e的输出端口处被合束以便产生输出80(即，干涉图样)。
现在将参照图11至图23描述利用了以上空间分束器和空间合束器配置中的一种或者多种的各种示例性的基于空间分束的光学MEMS干涉仪(SSB-MI)设计。首先看图11至图16，图示了利用了截断空间分束器的示例性SSB-MI设计。
例如，在图11中，反射/透射型截断分束器30a被包括在马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型SSB-MI 10中以便将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。具体而言，输入光束20的一个部分传输经过截断分束器30a而未入射在截断分束器30a上从而产生第一干涉仪光束34，而输入光束20的另一部分从截断分束器30a的反射表面38a反射从而产生第二干涉仪光束36。第一干涉仪光束34被引导向一个干涉仪臂中的可移动镜50，而第二干涉仪光束36被引导向另一干涉仪臂中的固定镜60。在图11所示的示例性设计中，可移动镜50和固定镜60每个均是具有两个镜面表面的隅角反射器，两个镜面表面一起将干涉仪光束34和36朝向截断分束器30a向回反射。
从固定隅角反射器60反射的第二干涉仪光束36被引导经过截断分束器30a朝向空间合束器70，该空间合束器可以具有任何类型的配置，诸如上文参照图6至图10描述的示例性空间合束器配置之一。从可移动隅角反射器50反射的第一干涉仪光束被引导到截断分束器30a(作为预合束器工作)的背面上的第二反射表面38b以便朝向空间合束器70反射。接着可以将空间合束器70的输出提供到例如检测器610。在图11所示的示例性设计中，第二反射表面38b与截断分束器30a上的第一反射表面38a相对。然而，在其他实施例中，第二反射表面38b可以邻近第一反射表面38a。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50而引入。
现在看图12，示出了包括截断分束器30a的另一示例性SSB-MI设计。在图12中，如上文所述，反射/透射型截断分束器30a将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。第一干涉仪光束34被引导向可移动隅角反射器50而第二干涉仪光束36被截断分束器30a的反射表面38朝向空间合束器反射，该空间合束器可以具有任何类型的配置，诸如上文参照图6至图10描述的示例性空间合束器配置之一。从可移动隅角反射器50反射的第一干涉仪光束被引导向固定平面镜1200以便向空间合束器70反射。接着可以将空间合束器70的输出提供到例如检测器610。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50而引入。
图13图示了包括截断分束器30a的另一示例性SSB-MI设计。在图13中，如上文所述，反射/透射型截断分束器30a将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。第一干涉仪光束34被引导向第一干涉仪臂中的可移动隅角反射器50而第二干涉仪光束36被从截断分束器30a的反射表面38朝向第二干涉仪臂中的固定隅角反射器60反射。
从固定隅角反射器60反射的第二干涉仪光束36被引导向空间合束器70，该空间合束器可以具有任何类型的配置，诸如上文参照图6至图10描述的示例性空间合束器配置之一。从可移动隅角反射器50反射的第一干涉仪光束被引导向固定平面镜1300以便向空间合束器70反射。接着可以将空间合束器70的输出提供到例如检测器610。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50而引入。
图14图示了包括截断分束器30b的另一示例性SSB-MI设计。在图14中，反射型截断分束器30b将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。具体而言，输入光束20的一个部分从第一反射表面38a反射从而产生第一干涉仪光束34，而输入光束20的另一部分从截断分束器30a的第二反射表面38b反射从而产生第二干涉仪光束36。第一干涉仪光束34被引导向第一干涉仪臂中的可移动镜50，而第二干涉仪光束36被引导向第二干涉仪臂中的固定镜60。
第一干涉仪光束34从可移动隅角反射器50朝向截断分束器30b反射回来以便从截断分束器30b的第三反射表面38c朝向空间合束器70反射，该空间合束器可以具有任何类型的配置，诸如上文参照图6至图10描述的示例性空间合束器配置之一。同样地，第二干涉仪光束36从固定隅角反射器60朝向截断分束器30b反射回来以便从截断分束器30b的第四反射表面38d朝向空间合束器70反射。接着可以将空间合束器70的输出提供到例如检测器610。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50进行引入。
如图14所示，两个干涉仪臂基本上是对称的。这是使用具有菱形形状的截断分束器30b实现的，使得在第一和第二反射表面38a和38b之间共享的第一边缘1400相对于输入光束20定向为接收输入光束20的中心的至少一部分并且在第三和第四反射表面38c和38d之间共享的第二边缘1410与第一边缘相对并且定向在空间合束器70的方向上以便使得第一和第二干涉仪光束34和36被从反射表面38c和38d朝向空间合束器70反射。
图15图示了包括截断分束器30a的另一示例性SSB-MI设计。在图15中，如上文所述，反射/透射型截断分束器30a将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。第一干涉仪光束34被引导向第一干涉仪臂中的可移动隅角反射器50而第二干涉仪光束36被从截断分束器30a的反射表面38朝向第二干涉仪臂中的固定隅角反射器60反射。
从可移动隅角反射器50反射的第一干涉仪光束34被引导向固定平面镜1510以便向空间合束器70a反射。从固定隅角反射器60反射的第二干涉仪光束36被引导向另一固定平面镜1520以便向空间合束器70a反射。在图15中，空间合束器是抛物形反射器合束器70a，该抛物形反射器合束器反射两个干涉仪光束34和36，使得光束34和36在定位在抛物形反射器合束器70a的焦点处的检测器610处干涉。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50进行引入。
为了获得良好的干涉图可见度，输出光束80之间的分离在入射到抛物形反射器合束器70a上时应该尽可能小。这可以在干涉仪的输入处使用聚焦曲面反射器1500获得，使得该聚焦曲面反射器的焦点在合束器70a附近。图15所示的设计对于诸如激光光束之类的相干光束效率更高，因为在微尺度内可以将其容易地聚焦和准直，这对于诸如白光之类的非相干光可能无法实现。
图16图示了包括截断分束器30a的另一示例性SSB-MI设计。像图15所示的那样，在干涉仪输入处的聚焦曲面反射器1500将输入光束20引导向反射/透射型截断分束器30a。如上文所述，截断分束器30a将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。第一干涉仪光束34被引导向第一干涉仪臂中的可移动隅角反射器50并且第二干涉仪光束36被从截断分束器30a的反射表面38朝向第二干涉仪臂中的固定隅角反射器60反射。
从可移动隅角反射器50反射的第一干涉仪光束34被引导向固定平面镜1600以便向空间合束器70b反射。从固定隅角反射器60反射的第二干涉仪光束36被引导向空间合束器70b。在图16中，空间合束器是中空MMI波导合束器70b，该中空MMI波导合束器将两个干涉仪光束34和36合束以便产生被引导向检测器610的输出80。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50进行引入。
图17A、图17B以及图18图示了利用中空MMI波导空间分束器的各种示例性SSB-MI设计。例如，在图17A中，输入光纤110将输入光束20提供到中空MMI波导空间分束器30c，该中空MMI波导空间分束器将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。具体而言，中空MMI波导30c将输入光束20成像为输入光束的具有一半光束功率的两个复制光束(干涉仪光束)34和36。两个相同光束34和36光学耦合到紧随波导30c之后的反射型截断分束器1700以便将光束34和36引导向干涉仪的相应臂。像图14所示的那样，图17A中的反射型截断分束器1700具有拥有四个反射表面的菱形形状，导致基本上对称的干涉仪臂。
第一干涉仪光束34被从分束器1700引导向第一干涉仪臂中的可移动隅角反射器50并且第二干涉仪光束36被从分束器1700引导向第二干涉仪臂中的固定隅角反射器60。第一干涉仪光束34从可移动隅角反射器朝向分束器1700反射回来以便向空间合束器(在图17A中为中空MMI波导合束器70b)反射。同样地，第二干涉仪光束36从固定隅角反射器60朝向分束器1700反射回来以便向空间合束器70b反射。中空MMI波导合束器将两个干涉仪光束合束以便产生到输出光纤1720的输出(即，干涉图样)。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50进行引入。
如在图17A中可以看出的，中空MMI波导分束器30c、固定隅角反射器60、中空MMI波导合束器70b以及可移动隅角反射器50被制造在SOI晶片100的硅器件层中，使得中空MMI波导分束器30c和中空MMI波导合束器70b为被硅200包围的空气波导并且固定隅角反射器通过刻蚀两个波导30c和70b之间的硅壁形成。可移动隅角反射器50通过刻蚀穿过两个波导30c和70b之间的硅壁(例如，一般通过刻蚀SOI晶片的器件层之下的掩埋SiO2)以便释放可移动隅角反射器50来制造。
中空MMI波导分束器30c和中空MMI波导合束器70b中的每个的相应长度与波导30c和70b的宽度相关。每个波导30c和70b应该比输入光束20的光斑尺寸更宽，因此对于更宽的输入光束的光斑尺寸，波导的长度更大。因此，推荐将输入光斑聚焦得尽可能小。因此，在示例性实施例中，如图17B所示，抛物形聚焦元件1710可以被包括在中空MMI波导分束器30c的输入处。因此，在图17B中，输入光纤110将输入光束20引导向抛物形聚焦元件1710，该抛物形聚焦元件将输入光束20聚焦在中空MMI波导空间分束器30c的输入处。如上文所述，中空MMI波导分束器30c将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。两个相同的光束34和36光学耦合到紧随波导30c之后的反射型截断分束器1700以便将光束34和36引导向干涉仪的相应臂。
第一干涉仪光束34被从分束器1700引导向第一干涉仪臂中的可移动隅角反射器50并且第二干涉仪光束36被从分束器1700引导向第二干涉仪臂中的固定隅角反射器60。第一干涉仪光束34从可移动隅角反射器朝向分束器1700反射回来以便向空间合束器(在图17A中为中空MMI波导合束器70b)反射。同样地，第二干涉仪光束36从固定隅角反射器60朝向分束器1700反射回来以便向空间合束器70b反射。中空MMI波导合束器70b将两个干涉仪光束合束以便产生到输出光纤1720的输出(即，干涉图样)。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50进行引入。
在图18中，使用抛物形反射器合束器70a代替中空MMI波导合束器以便增加干涉仪带宽。因此，在图18中，输入光纤110将输入光束20引导向抛物形聚焦元件1710，该抛物形聚焦元件将输入光束20聚焦在中空MMI波导空间分束器30c的输入处。如上文所述，中空MMI波导分束器30c将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。两个相同的光束34和36光学耦合到紧随波导30c之后的反射型截断分束器1700以便将光束34和36引导向干涉仪的相应臂。
第一干涉仪光束34被从分束器1700引导向第一干涉仪臂中的可移动隅角反射器50并且第二干涉仪光束36被从分束器1700引导向第二干涉仪臂中的固定隅角反射器60。第一干涉仪光束34从可移动隅角反射器朝向分束器1700反射回来以便向空间合束器(在图18中为抛物形反射器合束器70a)反射。同样地，第二干涉仪光束36从固定隅角反射器60朝向分束器1700反射回来以便向空间合束器70a反射。抛物形反射器合束器70a将两个光束34和36聚焦在输出光纤1720处。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50进行引入。应该理解的是，在其他实施例中，其他空间合束器配置可以与中空MMI波导分束器30c一起使用。
图19和图20图示了利用开槽分束器的各种示例性SSB-MI设计。例如，在图19中，开槽分束器30d将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。具体而言，开槽分束器30d和开槽分束器30d内的槽310相对于输入光束20的传播方向定向以便使得输入光束20的一部分穿过开槽分束器30d的开槽表面300中的槽310作为第一干涉仪光束34并且输入光束20的另一部分从开槽分束器30d的开槽表面300反射作为第二干涉仪光束36。
第一干涉仪光束34被引导向可移动隅角反射器50并且第二干涉仪光束36被引导向空间合束器(在图19中为开槽合束器70c)。然而，应该理解的是，任何空间合束器配置(诸如关于图6至图10所描述的那些)可以与开槽分束器30d一起使用。
第二干涉仪光束36在开槽合束器70c的第一开槽表面800处被接收并且被引导穿过槽810，在此处干涉仪光束34穿过开槽合束器70c的第二开槽表面805离开。从可移动隅角反射器50反射的第一干涉仪光束34在第二开槽表面805处被接收并且被从第二开槽表面805反射以便与第二干涉仪光束36合束以便产生输出80。开槽合束器70c的输出80被引导到聚焦元件1900，该聚焦元件将输出80聚焦在检测器610上。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50进行引入。
在图20中，单个开槽分束器/合束器2000将开槽分束器和开槽合束器两个合并成一个结构。在SSB-MI 10中利用这一类型的分束器/合束器配置创建了迈克尔逊型干涉仪。如在图20中可以看出的，开槽分束器/合束器2000包括第一开槽表面2010、第二开槽表面2020、延伸穿过表面2010和2020之间的开槽分束器/合束器2000的第一槽集合2030以及延伸穿过表面2010和2020之间的开槽分束器/合束器2000的第二槽集合2040。
开槽分束器/合束器2000光学耦合为在第一开槽表面2010处接收输入光束20并且被配置为将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。具体而言，第一槽集合2030相对于输入光束20的传播方向定向以便使得输入光束20的一部分穿过第一槽集合2030并且离开第二开槽表面而输入光束20的另一部分从第一开槽表面2010反射。
第一干涉仪光束34被引导向可移动隅角反射器50并且第二干涉仪光束36被引导向固定平面镜60。在图20所示的实施例中，固定平面镜60基本上与第二干涉仪光束36的传播方向正交，使得固定平面镜60将第二干涉仪光束36直接反射回到开槽分束器/合束器2000的第一开槽表面2010。在其他实施例中，固定平面镜60可以被隅角反射器或者反射表面的其他组合代替。
第二槽集合2040相对于从固定平面镜60反射的第二干涉仪光束36的传播方向定向以便使得第二干涉仪光束36穿过第二槽集合2040并且穿过开槽分束器/合束器2000的第二开槽表面2020离开。从可移动隅角反射器50反射的第一干涉仪光束34在第二开槽表面2020处被接收并且被从第二开槽表面805反射以便与第二干涉仪光束36合束以便产生输出80(即，干涉图样)。开槽分束器/合束器200的输出80被引导到检测器610。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差通过使用例如MEMS致动器(未示出)移动可移动隅角反射器50进行引入。
现在看图21A和21B，SSB-MI可以在涉及生物学、天文学、工程学等的很多应用中使用。例如，图21A图示了采用SSB-MI建立FTIR(傅里叶变换红外)光谱仪2100，其中IR源2110用作光学输入并且样品2120被插入在检测器610之前。测量检测器610处的干涉图，可以通过计算干涉图信号的傅里叶变换提取样品的吸收谱。
在图21A所示的FTIR光谱仪中，IR源2110生成输入光束20，该输入光束被输入光纤110引导到反射型截断分束器30b。截断分束器30b将输入光束20的一个部分从第一反射表面反射以便产生第一干涉仪光束34并且将输入光束20的另一部分从第二反射表面反射以便产生第二干涉仪光束36，从而将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。第一干涉仪光束34被引导向第一干涉臂中的可移动隅角反射器50并且第二干涉仪光束36被引导向第二干涉仪臂中的固定隅角反射器60。
第一干涉仪光束34从可移动隅角反射器50朝向截断分束器30b反射回来以便从截断分束器30b的第三反射表面朝向中空MMI波导合束器70b反射。同样地，第二干涉仪光束36从固定隅角反射器60朝向截断分束器30b反射回来以便从截断分束器30b的第四反射表面朝向中空MMI波导合束器70b反射。中空MMI波导合束器70b将第一和第二干涉仪光束34和36合束以便产生提供到输出光纤1720的输出80(即，干涉图样)。输出光纤1720将输出引导穿过样品2120并且朝向检测器610，在该检测器处测量干涉图。
SSB-MI也可以在时域OCT(光学相干断层成像)系统2150中使用，如图21B所示，其中固定镜干涉仪臂中的固定镜被扫描器2170代替，样品(组织2180)被插入到固定镜干涉仪臂中并且SLED(超辐射发光二极管)2160用作光输入源。通过在检测器610处测量干涉图，组织层位置可以从干涉图峰(突发脉冲)确定。
在图21B所示的OCT系统2150中，SLED 2160生成输入光束20，该输入光束被输入光纤110引导到反射型截断分束器30b。截断分束器30b将输入光束20的一个部分从第一反射表面反射以便产生第一干涉仪光束34并且将输入光束20的另一部分从第二反射表面反射以便产生第二干涉仪光束36，从而将输入光束20空间分束成两个干涉仪光束34和36。第一干涉仪光束34被引导向第一干涉仪臂中的可移动隅角反射器50并且第二干涉仪光束36被引导向第二干涉仪臂中的扫描器2170。
第一干涉仪光束34从可移动隅角反射器50朝向截断分束器30b反射回来以便从截断分束器30b的第三反射表面朝向中空MMI波导合束器70b反射。第二干涉仪光束36从扫描器2170向组织2180反射。扫描器2170随时间变化将第二干涉仪光束36引导向组织2180的不同部分。第二干涉仪光束36穿透组织2180并且从组织2180内的各个表面向固定镜2190散射。固定镜2190将第二干涉仪光束36朝向截断分束器30b反射回来以便从截断分束器30b的第四反射表面朝向中空MMI波导合束器70b反射。中空MMI波导合束器70b将第一和第二干涉仪光束34和36合束以便产生提供到输出光纤1720的输出80(即，干涉图样)。输出光纤1720将输出引导向检测器610，在该检测器处测量干涉图。
增加干涉仪臂的两个光束之间的光学路径差(OPD)在一些应用中是必须的。例如，FTIR光谱仪一般需要长的OPD以便增加所测量的光谱的分辨率。作为另一示例，时域OCT可能需要长的OPD用于在组织中的更深层成像。现在参照图22A至图22C，SSB-MI 10中的OPD可以通过在可移动镜干涉仪臂中采用光学路径倍增器2200增加。图22A至图22C所示的光学路径倍增器2200通过将可移动镜50的位移乘以4增加OPD。
例如，如图22A所示，输入光纤110将输入光束20引导向反射型截断分束器30b，该反射型截断分束器将输入光束20空间分束成第一和第二干涉仪光束34和36。第二干涉仪光束36从截断分束器30b的第一表面向固定隅角反射器60反射，该固定隅角反射器将第二干涉仪光束36朝向截断分束器30b的第二反射表面反射回来用于向中空MMI波导合束器70b反射。第一干涉仪光束34从截断分束器30b的第三表面向宽的可移动隅角反射器50反射，在此处其被反射穿过光学路径倍增器2200并且回到截断分束器30b的第四反射表面用于向中空MMI波导合束器70b反射。
更具体地，第一干涉仪光束34入射在可移动隅角反射器50的第一反射表面的内边缘附近，并且从其反射到可移动隅角反射器50的第二反射表面的相对内边缘。第一干涉仪光束34接着从可移动隅角反射器50的第二反射表面反射到作为光学路径倍增器的固定的更小的隅角反射器2200的第一反射表面。第一干涉仪光束34接着被反射到固定隅角反射器2200的第二反射表面，该第二反射表面将第一干涉仪光束34反射回可移动隅角反射器50的第二表面，在其外边缘附近。这使得第一干涉仪光束34被反射回到可移动隅角反射器50的在其外边缘附近的第一反射表面，并且因此入射在截断分束器30b的第四反射表面上，该第四反射表面将第一干涉仪光束34引导向中空MMI波导合束器70b。中空MMI波导合束器70b将第一和第二干涉仪光束34和36合束以便产生提供到输出光纤1720的输出80(即，干涉图样)。
包括光学路径倍增器的另一SSB-MI 10设计在图22B中图示，其中可移动镜50包括两个邻近隅角反射器52和54。在图22B中，输入光纤110将输入光束20引导向中空MMI波导分束器30c，该中空MMI波导分束器将输入光束20成像以便产生第一和第二干涉仪光束34和36。反射型截断分束器1700被定位在中空MMI波导分束器30c的输出处以便将第一干涉仪光束34引导向可移动镜干涉仪臂并且将第二干涉仪光束36引导向固定镜干涉仪臂。第二干涉仪光束36从固定镜干涉仪臂中的固定隅角反射器60朝向截断分束器30b反射回来，该截断分束器将第二干涉仪光束36向中空MMI波导合束器70b反射。
第一干涉仪光束34通过可移动镜50的第一隅角反射器52的两个反射表面朝向作为光学路径倍增器的固定隅角反射器2200反射。第一干涉仪光束34接着被反射到可移动镜50的第二隅角反射器54，该第二隅角反射器将第一干涉仪光束34朝向截断分束器30b反射回来用于向中空MMI波导合束器70b反射。中空MMI波导合束器70b将第一和第二干涉仪光束34和36合束以便产生引导向输出光纤1720的输出80(即，干涉图样)。
图22C图示了包括光学路径倍增器的另一SSB-MI 10设计。在图22C中，输入光纤110将输入光束20引导向反射/透射型截断分束器30a，其将输入光束20空间分束成第一和第二干涉仪光束34和36。第二干涉仪光束36从截断分束器30a的前反射表面38a向固定隅角反射器60反射。固定隅角反射器60将第二干涉仪光束36朝向截断分束器30a反射回来并且反射到中空MMI波导合束器70b。
第一干涉仪光束34被引导到包括两个邻近隅角反射器52和54的可移动镜50。第一干涉仪光束34穿过可移动镜50的第一隅角反射器54的两个反射表面朝向作为光学路径倍增器的固定隅角反射器2200反射。第一干涉仪光束34接着被反射到可移动镜50的第二隅角反射器52，该第二隅角反射器将第一干涉仪光束34朝向截断分束器30b的后反射表面38b反射用于向中空MMI波导合束器70b反射。中空MMI波导合束器70b将第一和第二干涉仪光束34和36合束以便产生引导向输出光纤1720的输出80(即，干涉图样)。应该理解的是，在关于图22A至图22C所描述的任何实施例中，倍增系数可以通过将更多级联隅角镜增加到可移动镜和光学路径倍增器进行增加。
如上文所述，图11至图22C所示的每个SSB-MI 10设计可以使用微机电系统(MEMS)技术制造，该MEMS技术实现了使用相同的制造步骤将MEMS电机(致动器)制造在相同的基板上，从而产生集成的单片系统。这种单片系统提供了光学部件的光刻对准而不需要任何对准模块。在示例性实施例中，单个光刻步骤，以及深层反应离子刻蚀(DRIE)用于制造绝缘体上硅(SOI)晶片上的单片系统。
图23A和图23B图示了包括SSB-MI 10的两个示例性的制造的单片系统。如图所示使用单个光刻图案和DRIE将每个单片系统制造在SOI晶片100上以便形成各种特征，诸如空间分束器30、空间合束器70、固定镜60、可移动镜50、MEMS致动器2300、输入光纤凹槽2310以及输出光纤凹槽2320。
在图23A所示的示例性单片系统中，如图所示输入光纤110被插入到输入光纤凹槽2310中用于将输入光束20提供到SSB-MI 10中。输入光束20被引导向反射/透射型截断分束器30a，其将输入光束20空间分束成第一和第二干涉仪光束34和36。第二干涉仪光束36从截断分束器30a的前反射表面38a向固定隅角反射器60反射。固定隅角反射器60将第二干涉仪光束36经过截断分束器30a朝向合束器70反射，该合束器在图23A中被示为平角反射表面。
第一干涉仪光束34被引导向可移动镜(可移动隅角反射器)。可移动镜50将第一干涉仪光束34反射向截断分束器30b的背面(后反射表面38b)用于反射到合束器70。合束器70将第一和第二干涉仪光束34和36向插入到输出光纤凹槽2320中的输出光纤1720合束。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差(OPD)通过由MEMS致动器2300移动可移动镜50进行引入。如图23A所示，可移动镜50耦合到MEMS致动器2300，使得MEMS致动器2300的移动引起可移动镜50的位置的位移，从而创建了两个干涉仪光束34和36之间的OPD。MEMS致动器2300可以是例如静电致动器(诸如梳状驱动致动器)、平行板致动器或者其他类型的致动器，其中图示了前者。
图23B图示了另一示例性单片系统。在图23B中，输入光纤110被示为插入到输入光纤凹槽2310中用于将输入光束20提供到SSB-MI 10中。输入光束20被引导向反射型截断分束器30a，其将输入光束20空间分束成第一和第二干涉仪光束34和36。第二干涉仪光束36从截断分束器30a的第一反射表面向固定隅角反射器60反射。固定隅角反射器60将第二干涉仪光束36朝向截断分束器30a的第二反射表面反射回来，该第二反射表面接着将第二干涉仪光束36向合束器70b(在图23B中示为中空MMI波导合束器)反射。
第一干涉仪光束34从截断分束器的第三反射表面向可移动镜50(可移动隅角反射器)反射。可移动镜50将第一干涉仪光束34向截断分束器30b的第四反射表面反射用于反射到合束器70。合束器70将第一和第二干涉仪光束34和36向插入到输出光纤凹槽2320中的输出光纤1720合束。两个干涉仪光束34和36之间的光学路径差(OPD)通过由MEMS致动器2300移动可移动镜50进行引入。
图24A至图24C图示了包括根据本发明的实施例制造的SSB-MI的干涉仪的示例性测量。具体而言，图23B所示的干涉仪使用不同的光源测量。当注入白红外源时，测量了具有中心突发脉冲(具有sinc包络的余弦函数)的干涉图信号，如图24A所示。在图24B中，示出了所测量的在近红外波段具有不同激光波长的光谱。在图24C中，示出了所测量的635nm的可见光红光激光器的光谱。
如本领域技术人员将会理解的那样，本申请中所描述的创新构思可以在宽广应用范围内修改和变化。因此，专利主题的范围不应被限制于所讨论的任何特定示例性教导，而是由以下权利要求限定。

Claims (31)

1.一种光学MEMS干涉仪，包括：
空间分束器，光学耦合为接收输入光束，并且可操作为将所述输入光束空间分束成第一干涉仪光束和第二干涉仪光束，而所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束两者均不在形成所述空间分束器的介质内传播，所述空间分束器进一步用于将所述第一干涉仪光束向第一干涉仪臂引导并且将所述第二干涉仪光束向第二干涉仪臂引导；
空间合束器，光学耦合到所述第一干涉仪臂以接收所述第一干涉仪光束并且光学耦合到所述第二干涉仪臂以接收所述第二干涉仪光束，并且可操作为将所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束空间合束以产生输出；
可移动镜，在所述第二干涉仪臂内，并且光学耦合为接收所述第二干涉仪光束并且将所述第二干涉仪光束向所述空间合束器反射；以及
MEMS致动器，耦合到所述可移动镜以引起所述可移动镜的位移，由此产生所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束之间的光学路径差；
其中所述输入光束、所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束以及输出光束中的每个光束在不同于所述空间分束器的空间分束器介质和所述空间合束器的空间合束器介质的传播介质内传播；
其中所述空间分束器、所述空间合束器、所述可移动镜以及所述MEMS致动器单片集成在相同基板之上；
其中所述空间合束器与所述空间分束器分离，使得所述空间合束器和所述空间分束器是非邻近的。
2.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，进一步包括：
检测器，光学耦合为接收来自所述空间合束器的所述输出，并且可操作为检测作为所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束之间的干涉的结果而产生的干涉图样。
3.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间分束器包括具有至少一个反射表面的截断分束器，所述至少一个反射表面定向为相对于所述输入光束的传播方向成非正交的角度，使得所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束中的至少一个光束从所述至少一个反射表面反射。
4.根据权利要求3所述的光学MEMS干涉仪，其中：
所述至少一个反射表面包括倾斜反射表面；
所述输入光束的第一部分传播经过所述截断分束器而未入射在所述截断分束器上，以形成所述第二干涉仪光束；并且
所述输入光束的第二部分从所述截断分束器的所述倾斜反射表面反射，以形成所述第一干涉仪光束。
5.根据权利要求4所述的光学MEMS干涉仪，其中所述至少一个反射表面进一步包括第二反射表面，所述第二反射表面光学耦合为接收从所述可移动镜反射的所述第二干涉仪光束并且将所述第二干涉仪光束向所述空间合束器反射。
6.根据权利要求3所述的光学MEMS干涉仪，其中所述至少一个反射表面包括第一反射表面和第二反射表面，每个反射表面均相对于所述输入光束的所述传播方向定向成使得所述输入光束的第一部分从所述第一反射表面反射以形成所述第一干涉仪光束并且所述输入光束的第二部分从所述第二反射表面反射以形成所述第二干涉仪光束。
7.根据权利要求6所述的光学MEMS干涉仪，其中所述第一反射表面和所述第二反射表面在所述第一反射表面和所述第二反射表面的共享边缘处耦合，所述截断分束器被定位为使得所述共享边缘被对准为接收所述输入光束的中心的至少一部分。
8.根据权利要求3所述的光学MEMS干涉仪，其中所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束之间的分束比由所述输入光束的中心的相对于所述至少一个反射表面的位置来控制。
9.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间分束器包括用于产生所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束的中空多模干涉MMI波导。
10.根据权利要求9所述的光学MEMS干涉仪，其中所述MMI波导具有长度，所述长度具有使得所述输入光束能够复制为所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束的距离，所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束均具有所述输入光束的一半光束功率。
11.根据权利要求9所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间分束器进一步包括：
反射器分束器，光学耦合为接收所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束，并且可操作为将所述第一干涉仪光束向所述第一干涉仪臂反射并且将所述第二干涉仪光束向所述第二干涉仪臂反射。
12.根据权利要求9所述的光学MEMS干涉仪，其中所述MMI波导为蝴蝶形MMI波导。
13.根据权利要求9所述的光学MEMS干涉仪，其中所述MMI波导具有长度，所述长度具有抛物形宽度。
14.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间分束器包括具有开槽表面的开槽分束器，所述开槽表面包括槽，所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束中的一个干涉仪光束通过所述槽透射，所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束中的另一个干涉仪光束从所述开槽表面反射。
15.根据权利要求14所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间合束器包括所述开槽分束器，使得所述空间合束器的槽被定向为相对于所述空间分束器的槽的方向成角度。
16.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间分束器包括逐渐地将所述输入光束空间分束成所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束的Y形分束器。
17.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间合束器包括用于将所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束聚焦以产生所述输出的聚焦元件。
18.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间合束器包括用于从所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束产生所述输出的中空MMI波导。
19.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间合束器包括开槽合束器，所述开槽合束器具有包括槽的开槽表面，所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束中的一个干涉仪光束通过所述槽透射，所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束中的另一个干涉仪光束从所述开槽表面反射并且与所述一个干涉仪光束合束以产生所述输出。
20.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间合束器包括双缝合束器，所述双缝合束器具有用于接收所述第一干涉仪光束的第一缝和用于接收所述第二干涉仪光束的第二缝，所述双缝合束器实现了在通过所述第一缝和所述第二缝进行衍射之后，所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束中的所选部分的干涉。
21.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中所述空间合束器包括具有第一分支和第二分支以及输出端口的Y形合束器，所述Y形分束器将所述第一干涉仪光束沿着所述第一分支逐渐导波并且将所述第二干涉仪光束沿着所述第二分支逐渐导波并且将所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束在所述输出端口处合束。
22.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，进一步包括：
绝缘体上硅SOI晶片；
其中所述空间分束器、所述空间合束器、所述可移动镜以及所述MEMS致动器同时通过光刻限定在所述SOI晶片上以提供其单片集成。
23.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，进一步包括：
固定镜，在所述第一干涉仪臂内，并且光学耦合为接收所述第一干涉仪光束并且将所述第一干涉仪光束向所述空间合束器反射。
24.根据权利要求23所述的光学MEMS干涉仪，其中所述固定镜和所述可移动镜为竖直布拉格镜。
25.根据权利要求23所述的光学MEMS干涉仪，其中所述固定镜和所述可移动镜中的至少一个是隅角反射器。
26.根据权利要求25所述的光学MEMS干涉仪，其中所述可移动镜包括两个隅角反射器并且进一步包括：
光学路径倍增器，包括附加固定隅角反射器，所述附加固定隅角反射器相对于所述可移动镜定向，以在所述可移动镜的所述两个隅角反射器之间反射所述第二干涉仪光束，由此增加所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束之间的所述光学路径差。
27.根据权利要求25所述的光学MEMS干涉仪，其中：
所述固定镜和所述可移动镜中的每个均是隅角反射器；
所述空间分束器包括第一部分和第二部分；
所述第一部分光学耦合为接收所述输入光束，将所述输入光束空间分束成所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束，将所述第一干涉仪光束向所述固定镜引导并且将所述第二干涉仪光束向所述可移动镜引导；
所述固定镜光学耦合为将所述第一干涉仪光束向所述空间分束器的所述第二部分反射；
所述可移动镜光学耦合为将所述第二干涉仪光束向所述空间分束器的所述第二部分反射；并且
所述第二部分光学耦合为反射所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束并且将所述第一干涉仪光束和所述第二干涉仪光束向所述空间合束器引导。
28.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中：
所述空间分束器具有菱形形状；
所述空间分束器的第一部分包括第一反射表面和第二反射表面，所述第一反射表面和所述第二反射表面在其第一共享边缘处耦合，所述第一共享边缘相对于所述输入光束定向以接收所述输入光束的中心的至少一部分；并且
所述空间分束器的第二部分包括第三反射表面和第四反射表面，所述第三反射表面和所述第四反射表面在其与所述第一共享边缘相反的第二边缘处耦合。
29.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，进一步包括：
输入光纤凹槽，光学耦合为将所述输入光束提供到所述空间分束器；以及
输出光纤凹槽，光学耦合为接收来自所述合束器的所述输出。
30.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，其中所述输入光束由红外激光源、可见光激光源或者白光源提供。
31.根据权利要求1所述的光学MEMS干涉仪，进一步包括：
聚焦元件，光学耦合为接收所述输入光束并且将所述输入光束聚焦在所述空间分束器上。
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