折射型紅外微透鏡陣列器件的發(fā)展及制備
發(fā)布時間：2020-12-21 07:32
光學器件的小型化、集成化是現(xiàn)代光學系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢。在微小光學器件中,陣列化折射成像微光學器件主要包括微透鏡陣列器件等,廣泛應用于成像、計量、波束整形等領域。針對紅外波段成像、計量測量、激光加工等領域的特殊應用需求,紅外波段工作的微透鏡陣列器件受到了廣泛重視,并得到迅速發(fā)展�？偨Y了紅外微透鏡陣列器件的發(fā)展及制備方法,包括使用不同材料、不同制造方法制備紅外微光學器件,以及紅外微透鏡陣列器件在紅外波段成像、計量、并行加工、光束勻化方面的應用,分析了紅外微透鏡陣列器件及其制造方法存在的挑戰(zhàn)與機遇。
【文章來源】：激光與光電子學進展. 2020年07期 北大核心
【文章頁數(shù)】：16 頁
【部分圖文】：
超精密機械加工Si基紅外微透鏡陣列[40]。（a）裝備金剛石刀具的微加工系統(tǒng)；（b）制備的Si基微透鏡陣列表面形貌
基于飛秒激光誘導刻蝕的微納加工是一種高效成型方法[49]，首先用激光在紅外半導體材料表面高速誘導出微改性區(qū)點陣，該區(qū)域中材料晶格結構和化學鍵的鍵角發(fā)生改變，物質的化學反應活性增強，與刻蝕劑作用時反應速率會比未被激光輻照的區(qū)域高兩個數(shù)量級，使被輻照的區(qū)域在刻蝕時具有選擇性，從而實現(xiàn)材料的高效定向去除，形成優(yōu)質的微光學面型。Pan等[56-57]利用飛秒激光誘導化學刻蝕法在Si襯底上制備了平凹微透鏡陣列器件，如圖3所示。將再生放大飛秒激光光源輸出的高斯飛秒脈沖（中心波長為800nm，脈沖寬度為120fs，重復頻率為1kHz）使用顯微物鏡（10×，數(shù)值孔徑NA=0.3）聚焦到Si襯底表面，激光單脈沖能量為20μJ，每個輻照點的脈沖數(shù)為50發(fā)，即每點激光沉積能量為1mJ，經(jīng)掃描依次曝光形成點陣。激光處理過的襯底用超聲依次在丙酮、乙醇、去離子水中清洗，然后使用HNA混合酸刻蝕劑（HF-40%,HNO3-69%和HAC-99%的質量比為3∶12∶10）進行化學刻蝕，其中HNO3可將Si氧化，HF可去除氧化生成的SiO2溶解，HAC為緩沖劑[58]。經(jīng)刻蝕、化學拋光可并行形成微尺度的光學表面。圖3 飛秒激光輔助濕法刻蝕法制備Si基微透鏡陣列流程圖[56]
圖2 Si基微透鏡/反射錐耦合器件[44]。（a）耦合陣列結構的加工與集成原理；（b）微反射錐孔截面的掃描電鏡照片（SEM);(c）微透鏡陣列的掃描電鏡照片；（d）所制備器件形成的輸出焦點陣列；（e）單個匯聚焦點刻蝕中微凹面的形貌演化如圖4所示，初始HF溶解改性區(qū)，形成一個凹面結構，隨后以此為中心不斷發(fā)生氧化和溶解。由于HNA刻蝕劑是一種各向同性刻蝕劑，最終會以加工作用點為中心形成球面拋光的光學面，經(jīng)測量凹面直徑為58μm，深度為12μm，計算獲得的球面曲率半徑為40μm。通過控制刻蝕時間，使微凹面邊緣相切，填充比可達78%。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Broadband mid-IR antireflective Reuleaux-triangle-shaped hole array on germanium[J]. 程海娟,東苗,譚欽文,孟令海,蔡毅,姜杰,楊偉聲,鐘海政,王嶺雪. Chinese Optics Letters. 2019(12)
[2]Chip-integrated plasmonic flat optics for mid-infrared full-Stokes polarization detection[J]. JING BAI,CHU WANG,XIAHUI CHEN,ALI BASIRI,CHAO WANG,YU YAO. Photonics Research. 2019(09)
[3]Multifunctional geometric phase optical element for high-efficiency full Stokes imaging polarimetry[J]. YANMENG DAI,YUQUAN ZHANG,YOUPENG XIE,DAPENG WANG,XIANYOU WANG,ITING LEI,CHANGJUN MIN,XIAOCONG YUAN. Photonics Research. 2019(09)
[4]Tunable protein microlens array[J]. 侯智善,曹嘉冀,李愛武,楊罕. Chinese Optics Letters. 2019(06)
[5]Snapshot imaging spectrometer based on a microlens array[J]. 張澤霞,常軍,任虹禧,樊愷元,李冬梅. Chinese Optics Letters. 2019(01)
[6]Multipartite entanglement generation with dipole induced transparency effect in indirectly coupled dipole-microcavity systems[J]. 彭朝暉,賈春霞,張玉青,朱中華,劉小娟. Chinese Optics Letters. 2018(08)
[7]Experimental demonstration of dissipative sensing in a self-interference microring resonator[J]. SHUAI WAN,RUI NIU,HONG-LIANG REN,CHANG-LING ZOU,GUANG-CAN GUO,CHUN-HUA DONG. Photonics Research. 2018(07)
[8]Nonlinear optical properties of integrated GeSbS chalcogenide waveguides[J]. SAMUEL SERNA,HONGTAO LIN,CARLOS ALONSO-RAMOS,ANUPAMA YADAV,XAVIER LE ROUX,KATHLEEN RICHARDSON,ERIC CASSAN,NICOLAS DUBREUIL,JUEJUN HU,LAURENT VIVIEN. Photonics Research. 2018(05)
[9]All-optical modulator based on MoS2-PVA thin film[J]. 王奕方,吳侃,陳建平. Chinese Optics Letters. 2018(02)
[10]Silicon photonic platforms for mid-infrared applications [Invited][J]. TING HU,BOWEI DONG,XIANSHU LUO,TSUNG-YANG LIOW,JUNFENG SONG,CHENGKUO LEE,GUO-QIANG LO. Photonics Research. 2017(05)
本文編號：2929458
【文章來源】：激光與光電子學進展. 2020年07期 北大核心
【文章頁數(shù)】：16 頁
【部分圖文】：
超精密機械加工Si基紅外微透鏡陣列[40]。（a）裝備金剛石刀具的微加工系統(tǒng)；（b）制備的Si基微透鏡陣列表面形貌
基于飛秒激光誘導刻蝕的微納加工是一種高效成型方法[49]，首先用激光在紅外半導體材料表面高速誘導出微改性區(qū)點陣，該區(qū)域中材料晶格結構和化學鍵的鍵角發(fā)生改變，物質的化學反應活性增強，與刻蝕劑作用時反應速率會比未被激光輻照的區(qū)域高兩個數(shù)量級，使被輻照的區(qū)域在刻蝕時具有選擇性，從而實現(xiàn)材料的高效定向去除，形成優(yōu)質的微光學面型。Pan等[56-57]利用飛秒激光誘導化學刻蝕法在Si襯底上制備了平凹微透鏡陣列器件，如圖3所示。將再生放大飛秒激光光源輸出的高斯飛秒脈沖（中心波長為800nm，脈沖寬度為120fs，重復頻率為1kHz）使用顯微物鏡（10×，數(shù)值孔徑NA=0.3）聚焦到Si襯底表面，激光單脈沖能量為20μJ，每個輻照點的脈沖數(shù)為50發(fā)，即每點激光沉積能量為1mJ，經(jīng)掃描依次曝光形成點陣。激光處理過的襯底用超聲依次在丙酮、乙醇、去離子水中清洗，然后使用HNA混合酸刻蝕劑（HF-40%,HNO3-69%和HAC-99%的質量比為3∶12∶10）進行化學刻蝕，其中HNO3可將Si氧化，HF可去除氧化生成的SiO2溶解，HAC為緩沖劑[58]。經(jīng)刻蝕、化學拋光可并行形成微尺度的光學表面。圖3 飛秒激光輔助濕法刻蝕法制備Si基微透鏡陣列流程圖[56]
圖2 Si基微透鏡/反射錐耦合器件[44]。（a）耦合陣列結構的加工與集成原理；（b）微反射錐孔截面的掃描電鏡照片（SEM);(c）微透鏡陣列的掃描電鏡照片；（d）所制備器件形成的輸出焦點陣列；（e）單個匯聚焦點刻蝕中微凹面的形貌演化如圖4所示，初始HF溶解改性區(qū)，形成一個凹面結構，隨后以此為中心不斷發(fā)生氧化和溶解。由于HNA刻蝕劑是一種各向同性刻蝕劑，最終會以加工作用點為中心形成球面拋光的光學面，經(jīng)測量凹面直徑為58μm，深度為12μm，計算獲得的球面曲率半徑為40μm。通過控制刻蝕時間，使微凹面邊緣相切，填充比可達78%。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Broadband mid-IR antireflective Reuleaux-triangle-shaped hole array on germanium[J]. 程海娟,東苗,譚欽文,孟令海,蔡毅,姜杰,楊偉聲,鐘海政,王嶺雪. Chinese Optics Letters. 2019(12)
[2]Chip-integrated plasmonic flat optics for mid-infrared full-Stokes polarization detection[J]. JING BAI,CHU WANG,XIAHUI CHEN,ALI BASIRI,CHAO WANG,YU YAO. Photonics Research. 2019(09)
[3]Multifunctional geometric phase optical element for high-efficiency full Stokes imaging polarimetry[J]. YANMENG DAI,YUQUAN ZHANG,YOUPENG XIE,DAPENG WANG,XIANYOU WANG,ITING LEI,CHANGJUN MIN,XIAOCONG YUAN. Photonics Research. 2019(09)
[4]Tunable protein microlens array[J]. 侯智善,曹嘉冀,李愛武,楊罕. Chinese Optics Letters. 2019(06)
[5]Snapshot imaging spectrometer based on a microlens array[J]. 張澤霞,常軍,任虹禧,樊愷元,李冬梅. Chinese Optics Letters. 2019(01)
[6]Multipartite entanglement generation with dipole induced transparency effect in indirectly coupled dipole-microcavity systems[J]. 彭朝暉,賈春霞,張玉青,朱中華,劉小娟. Chinese Optics Letters. 2018(08)
[7]Experimental demonstration of dissipative sensing in a self-interference microring resonator[J]. SHUAI WAN,RUI NIU,HONG-LIANG REN,CHANG-LING ZOU,GUANG-CAN GUO,CHUN-HUA DONG. Photonics Research. 2018(07)
[8]Nonlinear optical properties of integrated GeSbS chalcogenide waveguides[J]. SAMUEL SERNA,HONGTAO LIN,CARLOS ALONSO-RAMOS,ANUPAMA YADAV,XAVIER LE ROUX,KATHLEEN RICHARDSON,ERIC CASSAN,NICOLAS DUBREUIL,JUEJUN HU,LAURENT VIVIEN. Photonics Research. 2018(05)
[9]All-optical modulator based on MoS2-PVA thin film[J]. 王奕方,吳侃,陳建平. Chinese Optics Letters. 2018(02)
[10]Silicon photonic platforms for mid-infrared applications [Invited][J]. TING HU,BOWEI DONG,XIANSHU LUO,TSUNG-YANG LIOW,JUNFENG SONG,CHENGKUO LEE,GUO-QIANG LO. Photonics Research. 2017(05)
本文編號：2929458
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