CN101341388A

CN101341388A - 包括悬臂的光学装置及其制造和使用方法

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Publication number: CN101341388A
Application number: CNA2005800521686A
Authority: CN
Inventors: D·扬努齐; S·德拉迪; M·C·埃尔温斯波克
Original assignee: Twente Universiteit; Vereniging voor Christelijik Hoger Onderwijs Wetenschappelijk Onderzoek en Patientenzorg
Current assignee: Twente Universiteit; Vereniging voor Christelijik Hoger Onderwijs Wetenschappelijk Onderzoek en Patientenzorg
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2009-01-07
Also published as: WO2007061286A1; JP2009517656A; EP1963816A1; US20090002714A1; US7916306B2; CA2631179A1; EP1963816B1; CA2631179C

Abstract

本发明提供一种光学装置，包括光纤和布置在光纤端部上的悬臂。悬臂可以是光纤的集成部分，并且可以具有基本上等于光纤直径的长度。测量悬臂位移的测量装置连接到光纤的相对端。利用所述光学装置测量位移的方法包括以下步骤：在光纤的相对端部上布置包括光源的测量装置；利用光源将光束发送到光纤中；测量在光纤端部上反射的光和在悬臂上反射的光的干涉；和基于测得的干涉确定悬臂相对于中间位置的位移。

Description

包括悬臂的光学装置及其制造和使用方法

技术领域

本发明涉及一种包括悬臂的光学装置及其制造方法，以及测量悬臂位移的方法。

背景技术

微机械悬臂是小型化传感器的最基本和成功的例子。包括独立式横梁的悬臂通常可以检测环境的化学、生物和/或物理特性的改变，其灵敏度与复杂得多的装置相比，即使不占优势，也可以与之匹敌。因此并不意外该简单的设计仍然是许多市场上可买到的仪器的核心，这些仪器包括但不限于原子力显微镜(AFM)。AFM的描述可以在G.Binnig，C.F.Quate，Ch.Gerber，Phys.Rev.Lett.56，930(1986)中找到，该文献包括在此作为参考。

这些仪器依靠可以以高达原子的准确度来测量横梁的悬挂部分垂直于其长度的位移，该精确度水平可以通过例如电子或光学读数获得。测量悬挂部分位移的方法例如包括隧道式探针(G.Binnig，C.F.Quate，Ch.Gerber，Phys.Rev.Lett.56，930(1986))，集成场效应晶体管(R.G.Beck，et al.，Appl.Phys.Lett.73，1149(1998))，电容性方法(J.Brugger，N.Blanc，Ph.Renaud，N.F.de Rooij，Sens.Actuators，A43，339(1994))，压电或压阻装置(J.Tansock，C.C.Williams，Ultramicroscopy 42-44，1464(1992))，光学杠杆(M.Tortonese，R.C.Barrett，C.F.Quate，Appl.Phys.Lett.62，834(1992)，或G.Meyer，N.M.Amer，Appl.Phys.Lett.53，1045(1988))，或光纤干涉仪(S.Alexander，et al.，J.Appl.Phys.65，164(1989)，D.Rugar，H.J.Mamin，R.Erlandsson，B.D.Terris，Rev.Sci.Instr.，59，2337(1988)或A.D.Drake，D.C.Leiner，Rev.Sci.Instr.55，162(1984))。

电子读数设备可能不适宜必须进行测量的环境。这些环境的例子是导电性液体或极端温度。此外，测量装置的制造涉及麻烦和昂贵的工艺，该重要的细节限制了它们的商业和科学影响力。光学技术比电子技术更普遍，这是由于它们的应用面对的限制更小。然而，光学技术通常需要不便的、耗时的对准过程，其代表了对于标准实验以外的应用的主要的技术挑战。

发明内容

本发明的目标在于提供一种改进的装置，以使其应用更方便。

根据第一方面，该目标通过一种光学装置实现，该光学装置包括：

光纤；

布置在光纤端部上的悬臂。

本装置例如适用于苛刻环境中的AFM测量以及适用于可以使用悬臂的任何其它应用。通过将悬臂包含在光纤端部中，悬臂相对于光纤准确地对准。可证明这种布置的位移灵敏度是可与市场上可买到的AFM相比的。从而，光纤顶端的悬臂不仅可以成功地用于苛刻的环境，而且可以用于标准实验中。

在一个实施例中，悬臂是光纤的集成部分。由于该整体结构，装置不需要任何对准步骤，甚至在使用期间在相对大的温度波动以及相应的膨胀或收缩的情况下也不需要。

在一个实施例中，悬臂具有基本上等于光纤直径的长度。使悬臂长度为光纤直径的数量级提高了装置的灵敏度。“基本上等于”可以认为是直径+/-10％。

测量悬臂位移的测量装置可以连接到光纤的相对端。测量装置可以包括激光器。激光器可以布置用于将光引导到光纤中。

可选地，悬臂具有两个相对端，其中一端固定到光纤，相对端自由定向。

其它实施例包括具有不同几何形状的悬臂。悬臂可以包括在中间具有加宽板的横梁。在一个实施例中，悬臂的两个相对端都固定到光纤，两个端部之间的一部分悬臂自由悬挂在光纤上方。该实施例被称为桥构形。

可选地，测量装置包括高频滤波器，以减小噪声水平以及提高灵敏度。装置的灵敏度可以低于

在改进实施例中，装置的灵敏度高于原子级，例如在0.4至

的数量级。

优选地，悬臂包括玻璃和/或二氧化硅(silica)。即悬臂可以由与光纤的光导芯相同的材料制造。该悬臂包括较少的元件。准确度可以与市场上可买到的AFM相比。

在进一步的实施例中，悬臂和/或光纤端部的一部分可以涂覆有反射层。反射层可选地包括金属，例如银、金或铂。添加反射层提高了测量性能。金属反射层的厚度可以是100nm的数量级。反射层提高光的反射，从而当装置用作干涉仪时提高灵敏度。

根据第二方面，本发明提供一种制造光学装置的方法，包括以下步骤：

提供光纤；

在光纤的端部上布置悬臂。

在一个实施例中，在光纤的端部上布置悬臂进一步包括以下步骤：

利用金属层涂覆光纤以防止静电荷累积；和

机械加工光纤的端部以得到作为光纤的整体部分的悬臂。

在一个实施例中，在机械加工光纤端部的步骤之后是在光纤端部的一部分上和/或悬臂上沉积反射层的步骤。

根据第三方面，提供一种利用如上所述的光学装置测量位移的方法，该方法包括以下步骤：

在光纤的相对端上布置测量装置，该测量装置包括光源；

利用该光源将光束发送到光纤中；

测量在光纤端部上反射的光和在悬臂上反射的光的干涉；

基于测得的干涉确定悬臂相对于光纤的位置。

附图说明

根据下述附图进一步的优点和细节将变得显而易见，其中：

图1示出了根据本发明的光学装置的第一实施例的透视图；

图2A，3A，4-7示出了根据本发明的光学装置的另一实施例；

图2B，2C示出了包括具有固定端和自由悬挂端的悬臂的示例性实施例的透视图；

图3B，3C示出了包括具有桥构形的悬臂的示例性实施例的透视图，其中悬臂的两端固定到光纤；

图8-13示出了制造根据本发明的光学装置的方法的后续步骤；

图9-20示出了制造根据本发明的光学装置的可替换方法的后续步骤；

图21示出了根据本发明的光学装置在测量悬臂位移中的使用；

图22示出了在图21的测量期间读数的例子；和

图23示出了在使用期间根据本发明的光学装置的实施例的侧视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的光学装置10的第一实施例。装置包括光纤12。光纤包括半透明的、伸长的管状体，其包括二氧化硅(silica)。管状体具有两个相对端，该两个相对端适用于输入和/或输出光。此外，管状体是柔性且实心的，并且能够引导光信号。市场上可买到的光纤包括这种半透明的二氧化硅芯，其由例如由掺杂二氧化硅(doped silica)制成的半透明的覆层以及绝缘护套(未在图1中示出)围绕。护套通常包括合成材料。

悬臂14布置在光纤12上。悬臂包括具有两个相对端的伸长体。两个相对端之一或全部连接到光纤。两端之间的悬臂体的一部分自由悬挂在光纤上方。该部分具有允许该部分沿光纤的管状体的长度方向移动的柔性。悬臂的示例性实施例如下所述。

在图1的实施例中，悬臂是光纤的集成部分。悬臂的第一端16连接到光纤端部20的凸起(elevation)18。凸起包括从光纤延伸的脊部。脊部的一侧与光纤的管状体的壁重合。悬臂的相对的自由端22悬挂在光纤的端部20上。脊部产生光纤的端部20和悬臂之间的空间，以允许悬臂沿光纤的管状体的长度方向移动。可选地，端部22设有伸长的尖端24，例如应用于AFM中。悬臂可以通过其它装置连接到光纤，即形成分离的部分。

可替换几何形状的例子在图2A至7中示出，但不限于此。对应于图1实施例的元件具有与图1所示相同的附图标记。

图2A示出了包括具有固定到光纤端部20的端部32的横梁的悬臂30。在相对端处，横梁连接到圆形板34。圆形板基本上悬挂在光纤12的中心上方。在光纤的中心附近板相对于横梁的增加的表面提高了悬臂的反射特性。

图2B示出了类似于图1和2A的实施例的一个实施例，其包括具有固定端32的悬臂，该固定端固定到光纤12。悬臂的相对端在光纤的端部20上方自由悬挂。

图2C示出了其中尖端31布置在悬臂30的自由悬挂端部处的实施例。制造尖端31的方法如下所述。尖端31优选地被弄尖，并且可以在远离悬臂的端部处包括单个原子。这例如优选地适用于AFM中的装置。尖端和样品之间的力提供样品的表面几何形状的指示。

图3A示出了其中伸长悬臂40包括两个相对端42、44的实施例，所述相对端固定到光纤12的端部20。两个臂46、48将固定端连接到矩形板50。板悬挂在光纤的端部20的中心上方。图3A所示的悬臂的实施例被称为桥构形，该悬臂包括两个相对的固定端和中间的自由悬挂部分。

图3B示出了桥构形的更简单的实施例。悬臂38在两个相对端42、44处固定到光纤12。悬臂38进一步包括连接两端42、44的横梁。为了提供具有适当柔性的横梁，横梁的材料或尺寸的选择，即厚度和/或宽度可以改变。

图3C示出了桥构形的另一例子。悬臂38在两端42、44处固定到光纤12的端部20。悬臂包括连接端部42、44的两个横梁46、48，其具有中心台或板50。为了增加悬臂的柔性，横梁46、48设有至少一个缺口，例如四个缺口52、54、56、58。

图4示出了一个实施例，其中悬臂60包括螺旋形臂62。臂62位于一端64上，该端相邻于光纤的管状体的壁，并固定到光纤的端部20。在相对端，该臂包括圆形板66。相对于图2A的实施例，螺旋形臂增加悬臂的长度和柔性。增加的长度和柔性降低了使悬臂的自由端移位所需要的力，并增加了光学装置的灵敏度。

图5示出了具有四个成十字形的伸长臂72、74、76、78的十字形悬臂70。臂位于相邻于端部20的边缘固定的一端80、82、84、86上。在端部20的中间，臂收敛于矩形板88。由于四点固定，因此图5的悬臂具有提高的稳定性和刚性，使得其适用于其中耐久性和使用期限很重要的重型应用。

图6示出了包括两端92、94的悬臂90，该两端邻近端部20的边缘固定到光纤12。端部92、94通过横梁96互连。在横梁96的中间，提供垂直延伸的第二横梁98。第二横梁98具有第一端100，该第一端100布置在横梁96上。横梁98的相对自由的悬挂部分通过横梁96的扭转沿光纤12的长度方向可移动。悬臂移动的应用如下所述。

图7示出了具有端部112的悬臂110，该端部邻近端部20的边缘固定到光纤12。从固定端112，两个半圆形臂114延伸到光纤的端部20的相对侧。在相对端处，半圆形臂延伸到设有圆形板118的V形臂116中。

在制造的第一示例性方法中，利用已知工序将单模光纤130(例如市场上可买到的Corning SMF-28，芯直径9μm，覆层直径125μm)劈开到所需长度(图8)。光纤基本上垂直于其长度方向被劈开。所需长度例如在1至5m的范围内。所劈开的光纤132被剥去其护套(图9)，并涂覆薄的导电层(包括金属，例如5nm Cr和/或20nm Pd)以防止静电荷在下一制造步骤中累积。导电涂层沉积在光纤的端部20(图10)以及沿其长度沉积在光纤的纵向壁上(图11)。光纤的涂覆端部通过聚焦离子束被微机械加工以得到固定到光纤的悬臂134(图12)。如上所述，悬臂可以平行于光纤的端部(图13)。随后，反射层沉积在悬臂上以在干涉测量法中提高反射。反射层可以包括金属。反射层的厚度可以为100nm的数量级。反射层可以由任何可用的反射材料制成。适当的材料的例子是银、金或铂。

上述制造方法可以通过包括在悬臂上对尖端进行机械加工或沉积的步骤(见图1和2C)来实现。尖端可以由与光纤相同的材料来加工。机械加工尖端例如可以通过在悬臂外雕刻尖端来实现。布置尖端可以包括通过其它装置汽化或沉积适当材料，例如金属。同样，通过单层沉积技术生长尖端也是一种选择。尖端可以在反射层的沉积之前或之后沉积。常规AFM使用在悬臂的端部处具有延伸尖端的悬臂。因此，根据本发明的装置适用于这种AFM。

其它方法步骤可以用于机械加工悬臂。其它方法包括光刻、电子束光刻、湿刻或干刻(可能在注入，退火，举升，掩模，金属或其它涂层的沉积等之后)、切片切割、激光消融、金刚石切割、纳米压印等。

例子在图14至20中示出。步骤如下：将光纤138劈开到所需长度(图14)；在劈开的光纤140的端部处涂覆光致抗蚀剂，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(图15)；利用光或电子曝光光致抗蚀剂141以布置凹槽142(图16)；去除曝光的光致抗蚀剂(图17)以在所劈开光纤的半透明芯的端部144中产生凹槽(图17)；例如通过汽化在光致抗蚀剂上和在凹槽中沉积适当的材料146(图18)；去除，即所谓的举升(lift-off)封闭凹槽的光致抗蚀剂141(图19)；例如通过刻蚀去除光纤的材料以在悬臂和光纤之间产生空间(图20)。

相同的装置可以通过在光纤顶部生长层并利用常规的微机械加工技术来得到。将生长的材料可以区分为两个主要类型：

1)牺牲层，即仅用于制造目的并且在制造工艺的末尾去除的层。牺牲材料的例子是二氧化硅、石英、磷硅玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、金属等；和

2)机械或结构材料，即执行机械任务的材料。机械材料的例子是晶体硅、多晶硅、氮化硅、氧化硅、金属层等。前面提及的材料由于其与光纤材料的兼容性而优选。微制造技术的例子上面已经列出。

图21示出了光学读数技术的实施例。该技术可应用于图1至7的任何实施例。悬臂150相对于光纤152长度的位移可以通过测量在光纤-空气界面处反射的(激)光和在悬臂自身处反射的光的干涉来确定。在图21中，连续的箭头表示通过光源154输入到光纤中的光。虚线箭头表示在光纤-空气、空气-悬臂、和/或悬臂-反射层界面(分别为156，158和160)处反射的光。在图21的右侧光纤的放大部分中，光纤中间的阴暗区域表示传播通过光纤的激光162的光束(未按比例)。

在使用中，当本发明的光学装置连接到图21中示意的读数仪器时，耦合到光纤的激光光束的一部分在光纤-空气156、空气-悬臂158、和悬臂-反射层160界面处反射回到光纤中。激光，例如红外光，具有1.31μm的波长。三个反射光信号进入光纤耦合器，其例如将光强度的50％传送到与红外传感器对准的另一光纤。如果忽略多次反射，那么检测器的输出信号W(例如电压)由等式(1)给出：

W = W_{1} + W_{2} {+ W}_{3} - 2 \sqrt{W_{1} W_{2}} \cos \frac{4 πd}{λ} - 2 \sqrt{W_{1} W_{3}} \cos (\frac{4 πd}{λ} + \frac{4 πnt}{λ}) + 2 \sqrt{W_{2} W_{3}} \cos \frac{4 πnt}{λ}

其中W₁、W₂和W₃分别与在光纤-空气、空气-悬臂、和悬臂-金属界面处反射的光量成比例，d是光纤边缘和悬臂的内表面之间的间距，单位为米，t是悬臂的厚度，单位为米，n是光纤的芯的折射率，λ是激光的波长，单位为米。等式(1)可以重写为等式(2)：

其中是常数，V是条纹可见度，W₀是中点输出(图22)。根据下述等式(3)和(4)，V和W₀涉及对应于最大(W_max)和最小(W_min)干涉的输出信号：

V = \frac{W_{\max} - W_{\min}}{W_{\max} + W_{\min}}

W_{0} = \frac{W_{\max} + W_{\min}}{2}

近似于积分(quadrature)的位移灵敏度由等式(5)给出：

Δd \approx \frac{λ}{4 π} \frac{ΔW}{W_{0}} \frac{1}{V}

其中ΔW是最小的可检测信号。这里，积分表示其中输出等于W₀的情况，即当等式(2)的余弦等于零时。当余弦的自变量为π/2的奇数倍时，等式(2)的余弦为零。等式(5)由等式(2)通过泰勒级数求积分得到。

图22示出了相应于悬臂的机械变形得到的读数信号，例如当利用外部尖端接触悬臂并且沿光纤方向推动悬臂的自由端时。水平轴表示时间t，垂直轴表示测量装置的输出W(电压V)。在时间t1处，假定在开始数据采集后的大约800ms，悬臂开始与光纤12的端部20接触。轨迹中的第一个峰值对应于接近移动。然后悬臂与光纤接触一段时间，例如大约500ms，由两个峰值之间的信号的平坦部分表示。在时间t2处，尖端缩回，允许悬臂返回到其初始位置。返回的悬臂产生轨迹的第二个峰值(例如在1.5s后)。轨迹下的图像表示不同的位置，其中悬臂已经被设置成：(i)自由悬挂(在接触前)，(ii)与光纤的边缘接触，(iii)自由悬挂(在接触后)。

该实验证明了该装置可以用作例如位置传感器。即，在与外部体接触时，这种传感器的输出信号改变。在传感器缩回时，输出信号再次改变，直到达到表示与外部体的接触中断的原始输出。

为了确定位移灵敏度，微机械加工的光纤被固定到可加热板，用于确定作为板的温度的函数的输出信号。当温度增加时，由金属涂层和光纤材料的不同的热膨胀系数引起的应力使悬臂弯曲。在该变形期间，输出信号通过最小值和最大值，如之前等式所预期的那样。在实际的实施例中，W_min为约3.1V，W_max为约4.8V。输出信号的RMS噪声可以为约3.5mV，该噪声利用数字示波器在整个可获得的带宽(dc-400MHz)中以0.2s的时间间隔测量。得到的灵敏度对应于悬臂相对于光纤约0.4nm的位移。注意到噪声的主要部分与由电子读数设备产生的高频周期性信号有关，而不是由光纤本身产生的。

如果把标准的劈开的光纤，即没有悬臂的光纤***到读数***，那么RMS噪声值不改变。通过在读数设备的出口处添加高频滤波器，有可能减小噪声水平。该减小可能降低到几百μV。条纹可见度可以是21％的数量级。提高悬臂相对于光纤的芯的对准提供更高的可见度，其导致提高的灵敏度。灵敏度可以高于原子级，例如0.4至

的数量级。

实验已经示出了本装置的实际实施例具有与市场上可买到的AFM的准确度相当的准确度。根据本发明的装置避免了对于任何机械对准的需要。

包括本发明的光学装置的AFM在图23中示出。该光学装置包括具有集成悬臂182的光纤180。悬臂的自由悬挂端设有延长的尖端184。

在使用中，悬臂的尖端与布置在测量台188上的样品表面186接近。台和/或光学装置沿x、y和z方向可移动，如图23中所示，从而建立所需的尖端与表面的接近。台188例如可通过压电元件移动。

尖端184与将被成像的表面例如表面186接触。当在水平面中在尖端和表面之间存在相对移动时，承载尖端的悬臂根据表面的状况弯曲。由于悬臂的变形可以如上所述进行测量，因此可以确定即测量表面的状况。该技术用于市场上可买到的AFM中并称为接触模式。

本装置适用于要求苛刻的环境中的测量。AFM实验之外的应用也是可行的。根据本发明的光学装置可以用作下述设备或可以包括在下述设备中，这些设备例如力传感器、电场或磁场传感器、湿度计、加速计、测振仪、温度计、气体传感器、化学传感器、生物传感器、粒子检测器、光传感器等。

下面，将更详细描述本发明的光学装置的上述几个应用。

该装置可以包括在力传感器中。当将力施加到悬臂上时，悬臂弯曲。对于相对较小的力，悬臂的位移与施加到悬臂上的力成正比。一旦校准悬臂，位移的测量将给出力的直接测量。可替换地，利用上述的光学读数***，可以测量悬臂的谐振频率。当施加力时，谐振频率改变。频率变化的测量将提供所施加的力的直接测量。这种类型的传感器的应用是表面力的测量。表面力包括例如范德瓦尔斯力、Casimir力、双层相互作用力、空间力(steric force)、溶解力、水合力、排空力(depletion force)、迅速接触和拔出力、摩擦力。对于这些应用，胶合或制造微球体到悬臂的自由端可能是有用的。

本发明的光学装置可以包括在用于电场或磁场的传感器中。在这种情况下，对电场或磁场敏感的物体胶合或制造在悬臂(自由端)处。例如，电场传感器可以通过将其表面上具有一些自由电荷的物体放置在悬臂上而得到。当施加电场时，电荷的存在使悬臂弯曲，允许用户检测电场的存在。类似地，磁场传感器可以通过在悬臂的自由端上放置微观磁体，或内部流动有电流的微观尖顶来得到。

本发明的装置可以包括在加速计中。如果光纤以高速运动并且突然停止，那么移动部分例如悬臂将由于惯性保持移动。从而应当观察到悬臂的位置相对于光纤突然改变。这种加速计可以包括在受到冲击时安全气囊被释放的汽车中。当光纤经历加速或减速时，悬臂相对于光纤的相对位置改变，允许用户测量加速或减速。以类似方式，本发明的光学装置可以用于陀螺仪。类似装置也可以用作测振仪。

本发明的装置可以包括在例如感测湿度、温度、化学制品、生物或细菌战的产物、气体的传感器中。悬臂可以涂覆有材料，该材料在将被检测的试剂被吸收时受到机械应力。机械应力可以被检测，因为它使悬臂形状的改变，而这导致悬臂相对于光纤的位置改变。可替换地，可以测量悬臂的谐振频率。例子包括：

(1)利用涂覆有钯的悬臂制造氢传感器。钯非常有效地吸收氢，并且当它吸收氢时会膨胀。当氢接触装置时，钯的膨胀使得悬臂弯曲，可以检测该事件。

(2)加热光纤的上述测量是悬臂用作温度传感器的基本例子。

例如如图3A、3B和3C所示的桥结构可以用于检测物质的化学传感器。这种化学传感器可以利用散射效应，其可以与光谱法相比。在一些应用例如化学传感器中，可以优选在悬臂面向光纤的一侧而不是相对侧上沉积反射层。

本发明的光学装置可以用在动态模式中，以及当将振动由外部致动器例如压电振动器提供到悬臂时。测量悬臂的谐振频率。当力施加到悬臂上时，谐振频率变化和/或悬臂的运动幅度改变，例如在遇到表面状况时。谐振频率的变化和/或幅度改变可以利用与上面所述相同的干涉技术来测量。谐振频率的测量允许施加到悬臂上的力的测量。该技术被称为表面成像的非接触模式。

另一例子是悬臂对于物质的吸附或吸收。由于吸附或吸收，悬臂的质量改变，因此谐振频率改变。这允许测量悬臂对于材料的吸附或吸收，从而成为化学或生物检测器。

在实际的实施例中，悬臂的弹簧常数可以为10N/m的数量级。与例如图1-7相比，该值可以通过改变悬臂的尺寸或选择装置的不同几何形状而很大地改变。也可以使用不同尺寸、形状或材料的光纤。

在金属反射层汽化之前，根据本发明的已测试并且正确运行的悬臂的尺寸为：长度112μm，宽度14μm，和厚度3.7μm。

最后，重要的是观察到光学装置可以用作致动器。例如，光压辐射可以推动悬臂远离光纤。同样，使用非均质光纤是可行的，该光纤响应光的角动量转移而扭转。也可以制造双态悬臂。在这种情况下，激光在悬臂上产生的热可以用于使悬臂作为致动器。

在此使用的具有和包括限定为包括，即是开放式语言。

在此使用的术语一或一个限定为一个或大于一个。

在此使用的术语多个限定为两个或大于两个。

在此使用的术语另一限定为至少第二个或更多。

在此使用的术语耦合、固定和锚定限定为连接，尽管不一定是直接地以及不一定是机械地连接。

本发明不限于上述实施例，其中在所附权利要求的范围内可以预期各种变化。

Claims

1、一种光学装置，包括：

光纤；

布置在光纤端部上的悬臂。

2、根据权利要求1所述的光学装置，其中悬臂是光纤的集成部分。

3、根据权利要求1或2所述的光学装置，其中悬臂具有基本上等于光纤直径的长度。

4、根据前述任一权利要求所述的光学装置，其中测量悬臂位移的测量装置连接到光纤的相对端。

5、根据权利要求4所述的光学装置，其中测量装置包括激光器。

6、根据权利要求4或5所述的光学装置，其中测量装置包括高频滤波器。

7、根据前述任一权利要求所述的光学装置，其中灵敏度低于4

8、根据前述任一权利要求所述的光学装置，其中灵敏度高于原子级，例如在0.4至0.2

的数量级。

9、根据前述任一权利要求所述的光学装置，其中悬臂包括玻璃和/或二氧化硅。

10、根据前述任一权利要求所述的光学装置，其中悬臂和/或光纤的端部涂覆有反射层。

11、根据权利要求10所述的光学装置，其中反射层包括金属。

12、根据权利要求11所述的光学装置，其中金属包括银、金或铂。

13、根据权利要求10、11或12所述的光学装置，其中反射层的厚度是100nm的数量级。

14、根据前述任一权利要求所述的光学装置，其中悬臂具有两个相对端，其中一端锚定到光纤，另一端自由悬挂。

15、根据权利要求1至13中任一项所述的光学装置，其中悬臂包括两个相对端，其中该两个相对端固定到光纤，以及其中两端之间的悬臂部分自由悬挂在光纤上方。

16、根据前述任一权利要求所述的光学装置，其中悬臂包括在中间具有加宽板的横梁。

17、根据前述任一权利要求所述的光学装置，其中悬臂设有至少一个缺口。

18、一种制造光学装置的方法，包括以下步骤：

提供光纤；

在光纤的端部上布置悬臂。

19、根据权利要求18所述的方法，包括进一步的步骤：

劈开光纤；

利用金属层涂覆光纤；和

机械加工光纤的端部以得到作为光纤的整体部分的悬臂。

20、根据权利要求19所述的方法，包括在光纤的端部上和/或悬臂上沉积金属反射层的步骤。

21、一种利用前述任一权利要求所述的光学装置测量位移的方法，该方法包括以下步骤：

在光纤的相对端上布置测量装置，该测量装置包括光源；

利用光源将光束发送到光纤中；

测量在光纤的端部上反射的光和在悬臂上反射的光的干涉；

基于测得的干涉确定悬臂相对于中间位置的位移。

22、一种利用前述任一权利要求所述的光学装置分析物质的化学结构的方法。