片上自由曲面反射透镜及其形成方法技术

本公开涉及片上自由曲面反射透镜及其形成方法

【技术实现步骤摘要】
片上自由曲面反射透镜及其形成方法、光电子器件


[0001]本公开涉及微纳光电子元器件
，特别是涉及片上自由曲面反射透镜及其形成方法
、
光电子器件
。

技术介绍

[0002]随着无人驾驶
、
虚拟现实
、
增强现实等技术的快速发展，对光学传感器
、
成像设备等微型化光学元件的需求逐渐增加，出现了超透镜，实现了芯片级的微型化透镜
。
[0003]超透镜又称超构透镜，是一种二维平面透镜结构，是由超表面
(
具有亚波长厚度的平面二维超材料
)
聚焦光的光学元件制成
。
超透镜能够将光聚焦或折射，实现对光信号的检测
、
成像等功能
。
[0004]然而，在微型化光学元件的进程中，目前的超透镜聚焦效率较低并且尺寸上也不占据优势
。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对光学元件聚焦效率较低并且尺寸上也不占据优势的问题，提供一种片上自由曲面反射透镜及其形成方法
、
光电子器件
。
[0006]本公开实施方式提供一种用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，该方法包括：形成堆叠于衬底层的具有入射端
、
反射面及出射端的波导层，入射端和反射面沿垂直于堆叠方向的第一方向相对设置，反射面和出射端沿垂直于堆叠方向的第二方向相对设置，反射面用于将从入射端入射的光反射向出射端，其中，形成反射面的步骤包括：形成形状为自由曲面的反射面，且反射面用于将处在由第一方向和第二方向限定的面内的光聚焦；及形成覆盖波导层的上包层
。
[0007]本公开实施方式提供的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法能够获得片上自由曲面反射透镜，该方法形成了用于传输光的波导层，且实现了形状为自由曲面的反射面
。
该方法能够与传统微纳加工技术兼容
。
该方法所形成的片上自由曲面反射透镜能够反射光并能够实现聚焦，由于改变了光的传播方向，在提高聚焦效率的同时减小了透镜尺寸
。
[0008]在一些实施方式中，形成反射面的步骤包括：形成被垂直于堆叠方向的面截取的自由曲线，自由曲线包括依次连接的多个圆弧段
。
[0009]该方法中可通过多个依次连接的圆弧段拼接成自由曲线，自由曲线的不同曲率便于改变不同位置反射光的传播方向从而提高光的聚焦效率
。
[0010]在一些实施方式中，由出射端向入射端，自由曲线的曲率半径逐渐减小；圆弧段的弧度相同
。
[0011]该方法中圆弧段的弧度相同，通过逐渐减小由出射端向入射端的自由曲线的曲率，使得入射光由出射端向入射端的反射角度逐渐增大，有利于反射光聚焦至一点，从而提高光的聚焦效率
。
自由曲线的曲率半径逐渐减小便于透镜尺寸的减小
。
[0012]在一些实施方式中，形成聚光效率大于
90
％的反射面
。
[0013]该方法提高了光通过圆弧段的反射后的聚焦效率
。
[0014]在一些实施方式中，形成反射面的步骤包括：形成曲率半径不同的多个圆弧柱面，圆弧柱面平行于堆叠方向
。
[0015]该方法中通过形成反射光平行于堆叠方向的曲率半径不同的多个圆弧柱面，入射光通过多个圆弧柱面后在波导层的空间内形成反射光，有利于提高多个不同方向的反射光的聚焦效率，同时减小了透镜尺寸
。
[0016]本公开实施方式还提供一种片上自由曲面反射透镜，包括衬底层
、
堆叠于衬底层的波导层
、
及覆盖波导层的上包层；波导层具有入射端
、
反射面及出射端，入射端和反射面沿垂直于堆叠方向的第一方向相对设置，反射面和出射端沿垂直于堆叠方向的第二方向相对设置，反射面用于将从入射端入射的光反射向出射端；反射面的形状为自由曲面，反射面被配置为：将处在由第一方向和第二方向限定的面内的光聚焦
。
[0017]本公开实施方式提供的片上自由曲面反射透镜，使用时入射光通过入射端进入片上自由曲面反射透镜，经过反射面的反射和聚焦功能，会将由第一方向和第二方向限定的面内的光聚焦，改变光传播方向
、
提高了聚焦效率
。
此外，该片上自由曲面反射透镜具有大数值孔径的特性
。
[0018]在一些实施方式中，反射面包括被垂直于堆叠方向的面截取的自由曲线，自由曲线包括依次连接的多个圆弧段
。
[0019]本公开实施方式提供的片上自由曲面反射透镜，反射面上截取的自由曲线包括了多个依次连接的圆弧段，便于反射光聚焦的同时减小了透镜尺寸
。
[0020]在一些实施方式中，由出射端向入射端，自由曲线的曲率半径逐渐减小；圆弧段的弧度相同
。
[0021]通过设置曲率半径规律变化的自由曲线，弧度相同的圆弧段由出射端向入射端逐渐减小，便于反射光聚焦，提高了聚焦效率的同时减小了透镜尺寸
。
[0022]在一些实施方式中，反射面包括曲率半径不同的多个圆弧柱面，圆弧柱面平行于堆叠方向；反射面的聚光效率大于
90
％
。
[0023]通过设置曲率半径不同的多个圆弧柱面，使得反射面平行于堆叠方向布置，有利于提高多个不同方向的反射光的聚焦效率，同时减小了透镜尺寸
。
[0024]本公开实施方式还提供一种光电子器件，包括上述的片上自由曲面反射透镜
。
[0025]本公开实施方式提供的光电子器件，具有尺寸小且聚焦效率高的优点；加速了微型化光学元件的进程
。
附图说明
[0026]图1为本公开实施方式提供的片上自由曲面反射透镜的结构示意图；
[0027]图2为本公开实施方式提供的波导层中光反射聚焦示意图；
[0028]图3为本公开实施方式提供的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法的流程框图；
[0029]图4为本公开实施方式提供的反射面的形成示意图；
[0030]图5为本公开实施方式提供的第一实施例的片上自由曲面反射透镜的光场分布模拟图；
[0031]图6为本公开实施方式提供的第一实施例的片上自由曲面反射透镜的
X
方向上的场强变化曲线示意图；
[0032]图7为本公开实施方式提供的第一实施例的片上自由曲面反射透镜的
Y
方向上的场强变化曲线示意图；
[0033]图8为本公开实施方式提供的第二实施例的片上自由曲面反射透镜的光场分布模拟图；
[0034]图9为本公开实施方式提供的第二实施例的片上自由曲面反射透镜的
X
方向上的场强变化曲线示意图；
[0035]图
10
为本公开实施方式提供的第二实施例的片上自由曲面反射透镜的
Y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，其特征在于，包括：形成堆叠于衬底层的具有入射端
、
反射面及出射端的波导层，所述入射端和所述反射面沿垂直于堆叠方向的第一方向相对设置，所述反射面和所述出射端沿垂直于所述堆叠方向的第二方向相对设置，所述反射面用于将从所述入射端入射的光反射向所述出射端，其中，形成所述反射面的步骤包括：形成形状为自由曲面的所述反射面，且所述反射面用于将处在由所述第一方向和所述第二方向限定的面内的光聚焦；及形成覆盖所述波导层的上包层
。2.
根据权利要求1所述的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，其中，形成所述反射面的步骤包括：形成被垂直于所述堆叠方向的面截取的自由曲线，所述自由曲线包括依次连接的多个圆弧段
。3.
根据权利要求2所述的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，其中，由所述出射端向所述入射端，所述自由曲线的曲率半径逐渐减小；所述圆弧段的弧度相同
。4.
根据权利要求1所述的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，其中，形成聚光效率大于
90
％的反射面
。5.
根据权利要求1至4中任一项所述的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，其中，形成所述反射面的步骤包括：形成曲率半径不同的多个圆弧柱面，所述圆弧柱面平行于所述堆叠方向

【专利技术属性】
技术研发人员：高阳，张磊，张萌徕，焦文婷，刘玲玲，王盼，尹坤，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：