【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于红外成像与微纳光子学，更具体地，涉及一种超表面透镜及制造方法、红外折超混合量子点相机。
技术介绍
1、红外成像技术旨在通过红外探测器捕捉目标物体的热辐射信息，并将其转化为可见图像。该技术在军事领域的夜间侦查、红外制导、导弹预警等任务中得到广泛应用，同时在民用领域的安防监控、车载夜视、工业检测等领域也表现出了广泛的应用前景。相比于传统红外探测器，量子点探测器具有有效载流子寿命长、暗电流低、工作温度高、对垂直入射光响应等优势，可以更好地对目标物体进行识别探测。
2、近年来，随着红外成像技术在机载、车载等各类移动设备上应用的逐步增多，对于设备轻量化、结构简单化、体积小型化、成本经济化的要求越来越高，轻便、紧凑、简单、实惠的红外光学系统越来越成为研究的重点。总体而言，红外成像技术当前的发展趋势可概括为系统结构更为简化、感知能力更强。
3、然而，传统透镜由于其依赖于元件曲面形状和材料光学特性来实现对光波前的调控，因而在进一步减小红外相机的重量、体积和成本方面面临一定的困难。在这一背景下，超表面作为纳米光子学领域中的新兴研究方向，有望替代传统透镜，从而实现红外光学系统更为简化的目标。超表面的结构为具有亚波长或波长尺度的电磁谐振单元的二维周期阵列，其能够在整个电磁波谱范围内调控电磁波的强度、相位、偏振等参数。基于超表面的成像技术，尤其是超表面透镜，相较于传统光学元件，具有整体结构简单、大批量生产成本经济、更适应平面加工工艺等优势，因此在红外成像中展现出广泛的应用前景。超表面透镜的引入有望进一步减小红外相机
4、但是目前大口径超表面透镜在实际应用中存在透镜厚度不足的问题，例如，中国专利cn113917578a公布了一种大口径色差校正超透镜、超透镜系统和光学系统，其中超透镜口径较大，但是厚度不足，小于2mm，这将导致光学系统结构弱化、抗冲击性能降低、容易出现变型和扭曲等问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种超表面透镜及制造方法、红外折超混合量子点相机，由此实现目前红外量子点相机的设备轻量化、结构简单化、体积小型化、成本经济化以及解决大口径超表面透镜在实际应用中存在透镜厚度不足的技术问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种超表面透镜的制造方法，采用键合工艺，以增加超表面透镜厚度，降低直径-厚度比例，从而提高超表面透镜能够承受的机械应力，包括以下步骤：
3、在第一晶圆正面制备微纳结构阵列和键合对准标记，并在正面镀膜以保护微纳结构阵列；在第二晶圆正面制备键合对准标记，反面制备微纳结构阵列，并在反面镀膜以保护微纳结构阵列；
4、根据所述超表面透镜的口径、透过率要求确定第三晶圆厚度，对第三晶圆的正面和反面进行抛光；
5、对所述第一至第三晶圆进行清洗和加热处理，将第一晶圆的反面和第二晶圆的正面分别与第三晶圆光刻对准并进行加热预键合以及高温退火处理，最后清洗键合后的晶圆片去除表面掩膜。
6、可选的，按先后顺序使用丙酮、乙醇等有机清洗剂对晶圆进行震荡清洗，随后利用氢氟酸等腐蚀性清洗剂清洗晶圆以去除表面氧化层，然后对晶圆进行加热处理，再用氨水、双氧水等碱性氧化溶液处理晶圆，提高硅晶圆上吸附的羟基数量，有利于提升键合效果，再进行光刻对准、晶圆键合。
7、本专利技术第二方面提供了一种超表面透镜，所述超表面透镜采用上述的制造方法得到。
8、本专利技术第三方面提供了一种红外折超混合量子点相机，包括沿光轴依次设置的透镜、超表面透镜、量子点红外探测器和光学镜头组装件；
9、所述透镜和超表面透镜组成光学镜头组，透镜用于对入射光进行汇聚，汇聚后的入射光经过超表面透镜进行像差矫正后，聚焦于量子点红外探测器的焦平面上；
10、量子点红外探测器用于消除杂散光和非目标波段的入射光并且进行红外探测成像；
11、透镜和超表面透镜置于光学镜头组装件中，光学镜头组装件用于对透镜和超表面透镜进行固定和保护。
12、可选的，所述透镜为非球面透镜，包括：第一非球面和第二非球面；所述第一非球面和所述第二非球面的面型坐标z1、z2分别满足：
13、
14、
15、其中，r为非球面透镜上任意点到所述光学成像系统光轴的距离；c1、c2分别为对应的两个球面的曲率；k1、k2分别为对应的两个球面轮廓的圆锥系数，x1、y1、m1、n1分别为第一非球面面型坐标的四次项、六次项、八次项、十次项系数，x2、y2、m2、n2分别为第二非球面面型坐标的四次项、六次项、八次项、十次项系数。
16、可选的，所述透镜为具有正光焦度的弯月形折射透镜。
17、所述超表面透镜包括介质衬底层和柱状微结构阵列，所述柱状微结构阵列由多个柱状微结构单元按照六方晶格或者四方晶格周期阵列排列而成；所述柱状微结构单元的高度全部相同且介于所述目标物体热辐射的波长量级，所述柱状微结构单元的直径介于亚波长量级。
18、所述量子点红外探测器包括探测器窗口片、滤波片和红外光敏面，所述探测器窗口和红外光敏面沿光轴方向依次设置；所述探测器窗口片和滤波片用于消除杂散光及非目标波段的入射光；所述红外光敏面用于对聚焦后的光线进行探测成像。
19、所述透镜和超表面透镜置于所述光学镜头组装件，所述光学镜头组装件采用螺纹和凹槽结构对透镜和超表面透镜进行固定和保护，并便于进行光学系统的结构调节。
20、所述光学镜头组装件包括镜筒主体和镜筒外壁，镜筒主体内置的凹槽结构处具有缓冲橡胶材料用以对光学系统进行减震保护，镜筒外壁具有隔热材料涂层。
21、所述柱状微结构单元周期阵列的相位分布满足如下表达式：
22、
23、其中，ρ为超表面径向坐标，r为归一化半径，n为相位分布的最大项数，ai(i＝1,2,3,…n)均为多项式系数。
24、可选的，所述超表面透镜上每个位置的柱状微结构单元的半径和高度根据六方晶格或四方晶格周期阵列的相位分布确定。
25、可选的，所述超表面透镜正反两面均镀有增透减反膜层，用于对入射光的增透以及非目标波段入射光的过滤。
26、可选的，所述超表面透镜为双面超表面透镜、单面超表面透镜。
27、可选的，所述柱状微结构单元的材料包括但不限于硅、锗或二氧化钛；所述介质衬底层的材料包括但不限于硅、二氧化硅或氟化钡。
28、可选的，所述超表面透镜采用半导体工艺制备，所述超表面制备方法包括但不限于icp刻蚀、光刻、纳米压印。
29、可选的，所述超表面透镜采用键合工艺，以增加超表面透镜厚度，降低直径-厚度比例，从而提高超表面透镜能够承受的机械应力，所述晶圆键合工艺，其中硅-硅键合流程包括：
30、通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下
31、有益效果：
32、1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超表面透镜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种超表面透镜，其特征在于，所述超表面透镜采用权利要求1所述的制造方法得到。
3.一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，包括沿光轴依次设置的透镜(1)、权利要求2所述的超表面透镜(2)、量子点红外探测器(3)以及光学镜头组装件(4)；
4.根据权利要求1所述的一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，所述透镜(1)为非球面透镜或者具有正光焦度的弯月形折射透镜。
5.根据权利要求1所述的一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，所述超表面透镜(2)包括介质衬底层和位于介质衬底层两侧的柱状微结构阵列，所述柱状微结构阵列包括按照六方晶格或者四方晶格周期阵列排列的多个柱状微结构单元；所述每个柱状微结构单元的高度全部相同且介于所述目标物体热辐射的波长量级，所述每个柱状微结构单元的直径和周期介于亚波长量级；
6.根据权利要求5所述的一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，所述超表面透镜(2)通过以下方法设计：
7.如权利要求3所述的一种红外折超混合量子点相机，其
8.根据权利要求5所述的一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，所述超表面透镜(2)的柱状微结构单元的材料为硅、锗或二氧化钛；所述介质衬底层的材料为硅、二氧化硅或氟化钡。
9.根据权利要求3所述的一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，所述量子点红外探测器(3)包括沿光轴方向依次设置的探测器窗口片、滤光片、光阑和红外光敏面，所述探测器窗口片、滤光片和光阑用于消除杂散光及非目标波段的入射光；所述红外光敏面用于对聚焦后的光线进行探测成像。
10.根据权利要求3所述的一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，所述光学镜头组装件(4)包括镜筒主体和镜筒外壁，所述镜筒主体内置凹槽结构，用于固定透镜(1)和超表面透镜(2)，所述凹槽结构处具有减震材料，用以对透镜(1)和超表面透镜(2)进行减震保护；所述镜筒外壁具有隔热材料涂层。
...【技术特征摘要】
1.一种超表面透镜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种超表面透镜，其特征在于，所述超表面透镜采用权利要求1所述的制造方法得到。
3.一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，包括沿光轴依次设置的透镜(1)、权利要求2所述的超表面透镜(2)、量子点红外探测器(3)以及光学镜头组装件(4)；
4.根据权利要求1所述的一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，所述透镜(1)为非球面透镜或者具有正光焦度的弯月形折射透镜。
5.根据权利要求1所述的一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，所述超表面透镜(2)包括介质衬底层和位于介质衬底层两侧的柱状微结构阵列，所述柱状微结构阵列包括按照六方晶格或者四方晶格周期阵列排列的多个柱状微结构单元；所述每个柱状微结构单元的高度全部相同且介于所述目标物体热辐射的波长量级，所述每个柱状微结构单元的直径和周期介于亚波长量级；
6.根据权利要求5所述的一种红外折超混合量子点相机，其特征在于，所述超表面透镜(2)通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：易飞，刘斯坦，陈岩，李林翰，林永超，何炀，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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