【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁波探测，具体涉及一种基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法。
技术介绍
1、电磁波信号的探测是科研、工业、医疗等众多领域里不可或缺的重要技术。对应于不同的频率，电磁波信号可以是无线电波、微波，或可见光、红外光，甚至x射线、β射线等。根据波粒二象性原理，电磁波信号是由称为光子的最小能量单元组成的，这些能量单元与信号的频率成正比，因而电磁波探测也称为光子探测。在电磁波探测中，一个必需的前提条件是被探测的信号照射或入射到用于探测的电磁波感应器件上。这一过程中牵涉到的技术问题与探测器的种类、材料、和工作原理有关，也取决于电磁波信号的传输方式及其与感应器件的耦合机制。本专利技术的适用场合是用制备在微芯片上的电磁波感应器件探测在波导中传输的电磁波信号，例如用半导体或超导光子探测器探测光纤中的光信号。
2、制备在微芯片上的电磁波感应器件的显著特点是尺寸小，仅为微米甚至纳米量级。而用于传输被探测的电磁波信号的波导的尺寸也可以很小，以最常用的光波导即光纤为例，其外径为125微米，而光的实际传播区域即纤芯更小，单模光纤的纤芯直径仅为9微米。由于感应器和信号分布区域都非常小，微芯片上的电磁波感应器件和波导中的光子信号的对准与其它一些应用场合相比要显著地更困难。例如，在广播应用中，电磁波是弥漫在空间里的无线电波，感应器即天线只需要处于有无线电波的空间区域即可接收探测到广播信号，无需特意对准。在数码相机中，光信号在镜头的透镜里和透镜之间的自由空间里传播，探测器即成像芯片只需要位于镜头光路里的焦平面上，即可探测到光信号成像
3、在光通讯领域已经发展了复杂的自动定位和对准系统用于光纤对准。这些系统通常具有精密的机械控制部件，依据特定的算法寻找确定感应器件信号最大的光纤位置。这些系统通常价格昂贵，体积不小，而且可能由于技术上的局限性并不适合一些重要的应用场景。例如，对准系统往往根据感应器件的响应信号判断对准精度，但存在很多种类的感应器件不能在进行对准的物理条件下工作。其中一类这样的感应器件是在液氮或液氦温区、甚至更低温度下工作的低温光子探测器，它们在进行对准的常温环境下是不能探测光子信号的，因此无法利用基于感应器件响应信号的系统对准。而常温对准系统也不能在低温环境下工作，不仅因为感应器件要求的低温环境超出了对准系统部件的适用温度范围，比微芯片感应器件庞大得多的对准设备所需要的容纳空间和所造成的热负载也是制冷系统无法承受的负担。
4、由于自动对准系统在适用场合和工作条件等方面的限制，人工手动调节依然是在对准微芯片电磁波感应器件和波导信号时经常采用的方法。在对准过程中，需要观察波导输出端口和感应器件的相对位置，通常是使用显微镜，通过肉眼或其它成像设备进行观察。还需要以微米精度调整和控制波导输出端口的位置，可以利用位移台实现。对准的效果受到观察的角度、调整的准度等因素的限制，难以达到很高的精度，而对准工作本身也是一个繁琐复杂、耗时费力的过程。有一些辅助器件和实验技巧可以在一定程度上帮助降低对准难度和提高对准精度，例如在
5、l.lolli，e.taralli，c.portesi,d.alberto,m.rajteri,e.monticone,“ti/autransition-edges ensorscoupledtosinglemodeopticalfibersalignedbysiv-groove”，ieeetrans.appl.superc ond.21卷，215-218页(2011年)中，利用了v形槽来引导和固定光纤，有利于提高光纤定位的稳定性。而在d.fukuda，r.m.t.damayanthi,a.yoshizawa,n.zen,h.takahashi，k.amemiya,m.ohkubo，“titaniumbasedtransition-edgemicrocalorimetersforopticalphotonmeasurements”，ieeetrans.appl.supercond.17卷,259-262页(2007年)中，采用了红外显微镜从背面观察样品和光纤中的信号出射形成的光斑，当二者位置重合时即为对准位置。与用肉眼从侧面观察感应器件和波导输出端口的相对位置和对准状态相比，这一方法的对准精度明显提升。但必须使用昂贵的专用红外显微镜设备，以及与其配合的红外照明和背面观察等配套设施，才能在背面透过衬底看到样品图像和光纤光斑，因为衬底在可见光波段是不透明的。鉴于通过波导输出的光斑位置对准感应器件方案的种种困难，在a.j.miller，a.e.lita,b.calkins，1.vayshenker，s.m.gruber，s.w.nam,“compactcryogenicself-aligningfiber-to-detectorcouplingwithiossesbelowonepercent”，opt.exp.19卷，文章号143645(2011年)中提出了一种称为“自对准”的方法。这一方法利用了光通讯中的光纤套管组件，其内径就是光纤的外径，光纤插入时纤芯就位于套管的中心位置。通过深硅刻蚀工艺将感应器件周围和光纤同样大小范围的衬底刻穿，将其与感应器件一起从微芯片上移除，再借助精心设计的固定装置放置于光纤套管内，感应器件和纤芯就自然对齐了，因为它们都位于套管的中心位置。这一方法的对准精度由光刻和刻蚀精度决定，可以达到微米级别，但需要对感应器件芯片做深硅刻蚀工艺处理，工艺要求高，成本也较高。虽然对准容易了，制备的难度却显著增加。并且由于感应器件被从微芯片上刻下，这一方法原则上不能用于片上感应器件阵列的对准。大多数现有的对准方法的另一个显著的缺点是不能精确控制波导输出端口到感应器件的距离。一般而言，距离较近对提高探测效率有利，因为信号从波导输出端口出射后再照射到感应器件上时的散射较少，形成的能量分布区域即光斑较小，能更多地照射在感应器件上被吸收探测到。然而，要将波导输出端口精确定位到离感应器件很近的位置并不容易，当两者很接近的时候，波导输出端口的外部结构往往又会妨碍观察感应器件的位置，为对准带来困难。而为了尽量缩短距离，又有可能使波导的输出端口触碰到感应器件，对感应器件造成损伤。
6、可见，现有对准方案具有技术难度和实施成本高、依赖于高端观察和定位设备、难以精确控制波导输出端口到感应器件距离、不能用于片上感应器件阵列对准等缺陷。考虑到这些局限和缺点，有必要寻求精度和可靠性高、技术难度和实施成本低、并且能在不损坏感应器件的前提下将波导输出端口定位到非常接近器件位置的新方法，从而提高感应器件的探测效率。
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【技术保护点】
1.一种基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，用于将制备在微芯片上的电磁波感应器件和传输被探测信号的波导中的电磁波传播区域对准，从而使所述波导中的电磁波信号完全或部分入射到所述电磁波感应器件上，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述限距结构是所述电磁波感应器件的引线。
4.根据权利要求1所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述的被探测信号是光，波导是光纤，波导中的电磁波传播区域是光纤的纤芯，所述的电磁波感应器件位于所述对准结构的中心位置。
5.根据权利要求1所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述的电磁波感应器件是基于半导体或超导材料的光子或微波探测器。
6.根据权利要求1所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述对准结构采用薄膜沉积的微电子工艺，或表面微机械工艺，或三维打印工艺制备。p>
7.根据权利要求2所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述限距结构采用薄膜沉积的微电子工艺，或表面微机械工艺，或三维打印工艺制备。
8.根据权利要求1所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述对准结构采用光刻胶作为制备材料。
9.根据权利要求2所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述限距结构采用光刻胶作为制备材料。
10.根据权利要求6所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述对准结构通过刻蚀所述微芯片的表面衬底层实现。
11.根据权利要求7所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述限距结构通过刻蚀所述微芯片的表面衬底层实现。
12.根据权利要求1或2所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：
13.根据权利要求12所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于，所述胶水是紫外线光敏胶水，通过紫外线照射使其固化。
...【技术特征摘要】
1.一种基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，用于将制备在微芯片上的电磁波感应器件和传输被探测信号的波导中的电磁波传播区域对准，从而使所述波导中的电磁波信号完全或部分入射到所述电磁波感应器件上，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述限距结构是所述电磁波感应器件的引线。
4.根据权利要求1所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述的被探测信号是光，波导是光纤，波导中的电磁波传播区域是光纤的纤芯，所述的电磁波感应器件位于所述对准结构的中心位置。
5.根据权利要求1所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述的电磁波感应器件是基于半导体或超导材料的光子或微波探测器。
6.根据权利要求1所述的基于芯片表面微结构的感应器件与波导对准方法，其特征在于：所述对准结构采用薄膜沉积的微电子工艺，或表面微机械工艺，或三维打...
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