TWI574478B - 用以調整雷射光束形狀的微光學裝置 - Google Patents

Description

用以調整雷射光束形狀的微光學裝置

本發明係關於微機電元件之技術領域，特別是關於提升雷射光束品質的一種用以調整雷射光束形狀的微光學裝置。

發光二極體(Light-EmittingDiode,LED)為目前廣泛應用之發光元件，由於其具有體積小、使用壽明長等優點，因而被廣泛地應用於人類的日常生活之中。其中，於發光二極體技術之中，係更發展出了雷射二極體(Laser diode)技術，而由於雷射二極體的運作過程中，電子的能量轉變過程只涉及兩個能階，因而不具有間接能隙所造成的能量損失，因此，其發光效率係相對較高。

值得提出說明的是，雷射二極體與發光二極體之主要差異在於，其結構內部具有兩個互相平行的光學反射面(即反射鏡)進而形成光學共振腔。其中，構成所述兩個反射面的只需要平滑的半導體表面(利用不同介質有不同的折射率來形成全反射)，而由於半導體具有整齊的晶體結構特徵，因而其很容易造出光滑同平行的表面，進一步地，半導體的高折射率亦很容易形成全內反射。如此，光學共振器使得半導體內產生的光在兩平行的晶體表面間往復來回而激發更多光子，而當往復來回下雷射的增益大過耗損時，穩定的雷射光束便得以從 二極體射出，並具有光束集中、能量高以及穩定等特性，進而經常被應用於實驗室與工業領域之中。

其中，於現今實驗室之雷射光研究過程中，係常見為了研究並應用雷射之繞射現象，而使得雷射光束於空間傳遞時，分別穿過不同光學元件進而改變光束之幾何形狀；然而，目前所採用之上述光學元件係屬於自由空間(free space)地設置於實驗室桌上，並透過研究人員之簡易置放並調整其相互位置而一一地進行量測，其各別之元件體積不僅龐大且無法有效地統整並整合在一起，因而往往導致實驗過程中所產生的諸多不便。

因此，本案之發明人有鑑於目前所習用之用於進行光繞射實驗之光學元件技術仍具有上述不足，故極力加以研究發明，終於研發完成本發明之一種用以調整雷射光束形狀的微光學裝置，並透過微晶片的微小化優勢，進而靠著光能通過小的圓孔、狹縫、刀邊的特性進行下線製作出整合於單一晶片上的微小結構上，進而使得本發明得以具有多功能的量測雷射繞射微結構之元件特性。

本發明之主要目的，在於提供一種用以調整雷射光束形狀的微光學裝置，係特別使用互補式金屬氧化物半導體微機電系統(CMOS-MEMS)製程製作而成，其中，藉由微晶片之微小化優勢，以及光能通過微小的圓孔、狹縫、刀邊等特性，而將不同之調光元件整合於單一晶片上的微小結構，進而取代現有實驗中所使用的元件體積都偏大等狀況，並使得實驗過程更加便利。

因此，為了達成本發明上述之目的，本案之發明人提出一種用以調整雷射光束形狀的微光學裝置，係透過互補式金屬氧化物半導體微機電系統(CMOS-MEMS)製程製作而成，並包括有：一基板，係設置有複數個固定元件於其上；以及三個調光元件，係透過該些固定元件而橫躺設置於該基板上，且使用者可各別地挑起其中任一調光元件並使其直立於該基板上；其中，該三個調光元件係分別為一微孔調光板、一狹縫調光板以及一刀邊調光板，並且，該微孔調光板係形成有一微孔於其上，且該狹縫調光板係形成有一狹縫於其上。

<本發明>

1‧‧‧用以調整雷射光束形狀的微光學裝置

11‧‧‧調光元件

12‧‧‧基板

11a‧‧‧微孔調光板

11b‧‧‧狹縫調光板

11c‧‧‧刀邊調光板

111‧‧‧平衡擋塊

112‧‧‧微孔

113‧‧‧狹縫

114‧‧‧水平延伸臂

121‧‧‧固定元件

L‧‧‧雷射裝置

B‧‧‧雷射光束

圖1係本發明之一種用以調整雷射光束形狀的微光學裝置的立體圖；圖2係本發明之用以調整雷射光束形狀的微光學裝置的使用立體圖；圖3a至圖3c係本發明之用以調整雷射光束形狀的微光學裝置的使用前視圖；以及圖4係本發明之用以調整雷射光束形狀的微光學裝置的使用示意圖。

為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種用以調整雷射光束形狀的微光學裝置，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。

請參圖1、圖2、圖3a至圖3c以及圖4，係本發明之一種用以調整雷射光束形狀的微光學裝置的立體圖、使用立體圖、使用前視圖以及使用示意圖。如圖1、圖2、圖3a至圖3c以及圖4所示，本發明之用以調整雷射光束形狀的微光學裝置1主要係透過互補式金屬氧化物半導體微機電系統(CMOS-MEMS， Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Microelectromechanical Systems)製程製作而成，其具有體積非常小的特徵，並由一基板12與三個調光元件11所構成。

進一步地，該基板12係設置有複數個固定元件121於其上，並且，該三個調光元件11係透過該些固定元件121而橫躺設置於該基板12上，且使用者可各別地挑起其中任一調光元件11並使其直立於該基板12。其中，該三個調光元件11係分別為一微孔調光板11a、一狹縫調光板11b以及一刀邊調光板11c，並且，該微孔調光板11a係形成有一微孔112於其上，且該狹縫調光板11b係形成有一狹縫113於其上，其中，該狹縫113之寬度係介於40μm至80μm之間。

此外，於本實施例之中，每一個調光元件11係為一山字型調光元件並形成有二個水平延伸臂114，且該二個水平延伸臂114係分別穿設相鄰之兩個固定元件121，並且，每一個水平延伸臂114係設置有一平衡擋塊111於其上，且當使用者挑起調光元件11時，該平衡擋塊111係使得該調光元件11直立於該基板12上，而該微孔112與該狹縫113皆形成於山字型調光元件之中間主體上。

如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之用以調整雷射光束形狀的微光學裝置，並且，經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列之優點：

1.請參閱圖4，本發明係可藉由光能通過小的圓孔、狹縫、刀邊的特性下，進而藉由微機電製程而製作出整合於單一晶片上的微小結構，進而當雷射裝置L之雷射光束B通過微光學裝置時，可以產生光繞射或光干涉現象。

2.承上述第1點，借由本發明可以有效地取代現有實驗中所使用的元件體積都偏大等狀況，進而透過一個整合的微小光束量測元件，進而使得實驗過程更加便利。

3.此外，本發明更可以加入一致動裝置與多組具有不同微孔直徑或狹縫寬度之調光元件，進而透過自動控制的方式，以自動調節狹縫、圓孔寬度，進而讓實驗更方便。

必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1‧‧‧用以調整雷射光束形狀的微光學裝置

11‧‧‧調光元件

12‧‧‧基板

11a‧‧‧微孔調光板

11b‧‧‧狹縫調光板

11c‧‧‧刀邊調光板

111‧‧‧平衡擋塊

112‧‧‧微孔

113‧‧‧狹縫

114‧‧‧水平延伸臂

121‧‧‧固定元件

Claims (5)

1. 一種用以調整雷射光束形狀的微光學裝置，係透過互補式金屬氧化物半導體微機電系統(CMOS-MEMS)製程製作而成，並包括有： 一基板，係設置有複數個固定元件於其上；以及 三個調光元件，係透過該些固定元件而橫躺設置於該基板上，且使用者可各別地挑起其中任一調光元件並使其直立於該基板上； 其中，該三個調光元件係分別為一微孔調光板、一狹縫調光板以及一刀邊調光板，並且，該微孔調光板係形成有一微孔於其上，且該狹縫調光板係形成有一狹縫於其上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用以調整雷射光束形狀的微光學裝置，其中，每一個調光元件係為一山字型調光元件並形成有二個水平延伸臂，且該二個延伸臂係分別穿設相鄰之兩個固定元件。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用以調整雷射光束形狀的微光學裝置，其中，該微孔與該狹縫皆形成於山字型調光元件之中間主體上。
4. 如申請專利範圍第2項所述之用以調整雷射光束形狀的微光學裝置，其中，每一個延伸臂係設置有一平衡擋塊於其上，且當使用者挑起調光元件時，該平衡擋塊係使得該調光元件直立於該基板上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用以調整雷射光束形狀的微光學裝置，其中，該狹縫之寬度係介於40µm至80µm之間。