微透镜和高Tc超导红外探测器组件

本文首次报道了利用微透镜阵列来提高ＹＢＣＯ高Ｔｃ超导薄膜红外探测器的光响应特性，介绍了利用光刻／离子束刻蚀的方法制作单片线列石英微透阵列的工艺以及制备线列ＹＢＣＯ高Ｔｃ超导薄膜红外探测器的方法，并将所制的石英微透镜阵列应用于ＹＢＣＯ超导器件。     

微透镜阵列用于线列红外探测器的研究

采用离子束刻蚀制备了线列长方形拱面熔凝石英微透镜阵列，用准分子激光扫描消融法淀积了性能均匀而且稳定的ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ高温超导薄膜，用湿法刻蚀制备了超导薄膜器件，用微透镜阵列与超导薄膜器件耦合构成组合式红外探测器。     

组合式熔凝石英微透镜阵列—线列YBa2Cu3O7—δ高温超导薄膜红？…

采用准分子激光扫描消融法淀积ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ高温超导薄膜,利用常规光刻工艺制备线列高温超导薄膜器件,采用离子束刻蚀制备与高温超导薄膜器件匹配的熔凝石英微透镜阵列,测试了微透镜／高温超导薄膜器件所构成的混合结构在１￣５μｍ红外波段的几项重要的光响应特性。     

8元线列高温超导薄膜红外探测器及其热成象系统的研制

本文综述了超导红外探测器与传统的半导体红外探测器相比所具有的潜在优势，介绍了国内外在超导红外探测器研究方面的进展，报道了８无线列ＹＢＣＯ高温超导薄膜红外探测器的制备工艺与研究结果，以及采用该探测器研制出的超导红外热成象系统，从而证实了采用超导红外热成象技术的应用前景及存在的问题。     

YBa_2Cu_3O_（7－δ）高温超导薄膜线列探测器的研究

采用准分子激光扫描消融法淀积性能均匀的ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_（７－δ）高温超导薄膜，用离子束刻蚀进行器件的图形制备，获得了非均匀性小于１０％的ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_（７－δ）高温超导薄膜８元线列探测器．测试了器件在８～１４μｍ波段的性能及光响应特性，单元探测器为４０×１００μｍ２的微桥结构．器件的平均归一化探测率为１．４４×１０９ｃｍＨｚ１／２ｗ－１，平均噪声等效功率为４．４×１０－１２ＷＨｚ－１／２，Ｄ的非均匀性小于１０％．研究结果表明：该线列探测器具有良好的均匀性，证实了该工艺适用于制备均匀性良好的高温超导薄膜红外探测器阵列．     

组合式熔凝石英微透镜阵列-线列Yba_2Cu_3O_(7-δ)高温超导薄膜红外探测器的研究

采用准分子激光扫描消融法淀积YB32C23O7-δ高温超导薄膜,利用常规光刻工艺制备线列高温超导薄膜器件,采用离子束刻蚀制备与高温超导薄膜器件匹配的熔凝石英微透镜阵列,测试了微透镜／高温超导薄膜器件所构成的混合结构在1～5μm红外波段的几项重要的光响应特性．     

线列熔融石英微透镜阵列的光刻和氩离子束刻蚀制备

采用光刻和熔融成形法制备线列长方形供面光致抗蚀剂微透镜图形，采用固化技术对其作重整化处理，采用氩离子（Ar＋）束刻蚀有效地实现线列长方形拱面光致抗蚀剂微透镜图形阵列向熔融石英（SiO2）基片上转移。所制单元熔融石英微透镜底部的外形尺寸为300×95μm2，平均冠高14．3μm，平均曲率半径为86μm，平均焦距为258．1μm平均F／数2.7,平均大T／数2．9；平均光焦度5．8×10(－3)折光度。扫描电子显微镜（SEM）和表面探针测试表明，所制成的线列熔融石英微透镜阵列的图形整齐均匀，每个单元长方形拱面熔融石英微透镜的轮廓清晰，表面光滑平整。实验结果证实，光刻／氩离子束刻蚀技术适用于制备具有良好的均匀性和光学质量的单片熔融石英微透镜阵列器件，此技术对于制备与大面阵凝视焦平面成像探测器相匹配的大面降微透镜阵列具有重要意义。     

高温超导红外探测器对1—1000μm波段的光谱响应

采用ＹＢａＣｕＯ高温超导薄膜，制成芯片为蛇形的Ｔｃ超导Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ，对１￣１０００μｍ波段的光谱响应进行了测量，本文报道了实际测量结果，表明高温超导红外探测器在红外－毫米波段有应用前景。     

180元HgCdTe线列器件的冷屏效应与背景限性能

从理论上分析了１８０元ＨｇＣｄＴｅ线列器件的冷屏效应，计算了１８０元ＨｇＣｄＴｅ线列探测器每个光敏元所对应的平面视场角（ＦＯＶ）及其在３００Ｋ背景辐射下的背景限探测率，并将实际的１８０元ＨｇＣｄＴｅ线列探测器件每个光敏元的性能同理论进行了比较，结果表明１８０元长波红外ＨｇＣｄＴｅ线列探测器的性能已经接近室温背景的理论极限．     

GdBa2Cu3O7薄膜红外探测器的研究

本文对红外探测器进行理论分析的基础上，设计并研制了液氮温度下的ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７薄膜红外探测器，系统地测试了器件的特征参数。     

Diffractive Microlens Array Monolithic Integration with PtSi Focal Plane array

Diffractive microlens arrays can completely collect the light at the focal plane and concentrate it into a smaller spot size on the detector plane, the photodetector area can be substantially reduced. Increased gamma radiation hardening and noise reduction result from the decrease in photodetector sensitive area. The diffractive microlens arrays have been designed by considering the correlative optical and processing parameters for PtSi focal plane array. They have been fabricated on the backside of PtSi focal plane array chip by successive photolithography and Ar⁺ ion-beam-etching technique. The alignment of microlens array with PtSi focal plane array was completed by a backside aligner with IR light source. The practical processes and fabrication method are discussed. The performance parameters of PtSi FPA with diffractive microlens array are presented.     

Hybrid Integration Between Long Focus Microlens Array and IR Detector Array

A special method, named step simulation method, is proposed for fabricating Si microlens array to improve the performance of infrared focal plane array (IR FPA). The focus length of rectangle-based multistep microlens array with element dimension of 40 µm×30 µm is 885.4 µm by the method, which is much longer than the focus length of microlens array fabricated by conventional Fresnel binary optics technique., The large-scale 256×256 element microlens array is hybridintegrated with the PtSi Schottky-barrier IR FPA by optical adhesive. The test results show that diffractive spot size of the microlens is 17 µm×15 µm and the average optical response of the IR FPA is increased by a factor of 2.4.     

高填充因子微透镜阵列的快速制备及特性分析

微透镜阵列是一种被广泛应用于光信息处理、光传感、光计算、光通信和高灵敏度成像等领域的精密光学元器件之一。通过一些先进的制造技术已经可以制造出不同几何形状、轮廓和光学特性的微透镜阵列。然而,由于三维微制造工艺的难度,使得高填充因子微透镜阵列中的微透镜很难实现紧密排列。提出了一种快速、低成本的微流体操纵技术,用于制备高填充因子微透镜阵列,且对其制备工艺进行了初步的演示。这种易于操作的制造技术适用于微透镜阵列的大批量生产,极大地提高了生产效率。通过预先制备出的三种不同尺寸(微柱直径分别为300、500、700 μm)的微柱,实现了与其对应不同形状和尺寸的微透镜阵列的制备,并搭建了一套光学成像系统以对这些微透镜阵列进行成像性能的评估。主要对微透镜阵列的焦距、成像精度和每个微透镜阵列中各个微透镜子单元成像的均一性进行测试,利用所提出的微流体操控技术制备的微透镜阵列具有良好的成像性能,有望能够被应用到三维成像、光均匀化等诸多应用中。     

固体浸没式红外超表面透镜设计

红外焦平面阵列在各类红外成像系统中发挥着巨大的作用。为提升红外焦平面的工作温度、量子效率和灵敏度,通常使用微透镜阵列作为红外焦平面的聚光器。当前微透镜阵列的制作材料通常与红外探测器材料不同,因此在集成装配时需要额外的工艺手段,工艺难度较大且效率较低。利用微纳光学超表面技术体系,可以在红外探测器衬底材料上直接制作平面式的固体浸没型微透镜阵列,实现前置微透镜与红外焦平面的单片集成。文中以红外探测领域最有潜力的锑化物Ⅱ类超晶格红外探测器为应用目标,设计了一种基于GaSb衬底的固体浸没式红外超表面透镜。设计的超表面透镜在中波红外波段工作,能适用于所有入射偏振。器件设计焦距为100 μm,理论上在目标波长下的最高聚焦效率达到70.7%,数值孔径(NA)达到1.15。该设计可以推动微透镜阵列向扁平、超薄、轻量的方向发展,简化微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成工艺,有望提升红外焦平面的探测效率,并降低制造成本。     

锑化铟红外探测器的微透镜阵列设计及试验

台面型锑化铟红外焦平面探测器的制作工艺简单,量子效率高,但是填充因子较低且会随着像元尺寸的减小而进一步降低。减小台面腐蚀深度可以提高探测器的填充因子,但会增大串音。介绍了一种新型微透镜阵列的设计与制备方法,以提高锑化铟红外探测器的填充因子并减小串音。与现有的热回流微透镜阵列相比,该微透镜阵列的填充率、表面粗糙度以及尺寸均匀性能得到了较好的兼顾,可直接在锑化铟红外探测器表面制作,工艺简单。结果显示,探测器的串音降低26%,光响应提高22%。     

Linear High-Tc YBa2Cu3O7−δ Superconducting Thin Film Infrared Detectors Coupled with a Cylindrical Microlens Array in Quartz Glass Substrate

Monolithic linear cylindrical microlens array in a quartz glass substrate is fabricated using photolithography and ion beam etching technique, the high-Tc YBa₂Cu₃O_7?δ superconducting thin films are deposited through excimer laser scanning ablation, the superconducting thin films are patterned by photolithographic method and ion beam etching technique, and the hybrid structure of the microlens array component and the superconducting IR detectors has been obtained using an IR glue to cement the microlens component onto the superconducting device. We also investigate the optical response characteristics of the hybrid device in the optical spectral region of 1 ~ 5 μm, as follows. The average optical responsivity $(\overline R )$ of the hybrid device is 1.6×10⁴ V/W, average noise equivalent power $(\overline {NEP} \;)$ is 2.3×10^?12 WHz^?1/2, average detectvity $(\overline {D^ * } )$ is 3.2×10⁹ cmHz^1/2W^?1, and the non-uniformity of detectvity (D*) is not more than 14%. The experimental results show that the performance of the superconducting device is improved notably using a quartz glass refractive microlens array as the incident IR radiation concentrators.     

提高CCD图像传感器填充因子的微透镜阵列的研究

为了提高可见光CCD图像传感器的探测灵敏度,提出了516×516元石英微透镜阵列的设计方法,并简要介绍了其制作工艺.测量结果表明,所制作的微透镜阵列有优良的表面轮廓、较好的几何尺寸均匀性和光学性能,大幅度地提高了CCD图像传感器的填充因子.     

红外双波叠层结构探测器微透镜阵列的设计

介绍了一种双波段红外探测器叠层结构微透镜阵列的设计,从实际光线角度进行建模,考虑微透镜加工线宽的要求,利用光学非成像理论的原理优化。并根据微透镜的衍射效率进行量化,分析了影响占空比因素的计算方法等,并对其进行了详细说明。该设计方法从实际入射光线建模,思路新颖,该方法经加工微透镜与探测器耦合后验证可行。给微透镜阵列的设计者一些启发,可用于其他多种叠层结构探测器的微透镜阵列设计。     

一种掩埋式复眼微透镜阵列

模仿生物复眼,采用光刻离子交换法,在球面玻璃基片中制作了折射率呈三维梯度变化、排列紧密和光学性能良好的微透镜阵列。单元微透镜孔径呈正六角形,光斑大小为4．92μm,相邻透镜元中心距为0．5mm,掩埋透镜高为0．194mm。微透镜阵列具有对称均匀的光学特性,截距自中心至边缘逐渐变小,数值孔径（N．A．）自中心向边缘逐渐变...     

Design and Fabrication of Silcon Microlens with Low SAG for 528(H) × 528(V) Infrared Charge-Coupled Device Application

Microlens array is an important optical element to improve the photosensitivity of charge-coupled device (CCD). In this paper, a monolithic integration technology between microlens and 528 × 528 element PtSi Schottky-barrier infrared charge-coupled device (IRCCD) with a pixel size of 30μm × 30μm has been developed. The microlens array with low sag and long focal length is designed based on geometrical optics theory. It is directly formed on the back side of the substrate in IRCCD chip using successive photolithography and A⁺ ion beam etching (IBE) technology. The microlens array is characterized by both surface stylus and point spread function (PSF). The experiment results of integration device between IRCCD and microlens array indicate that the optical signal response is improved obviously and a responsivity increase by a factor of 1.8 in the operation band.