256×256 Si微透镜阵列与红外焦平面阵列单片集成研究

基于标量衍射理论设计了 8位相菲涅尔衍射微透镜阵列 .利用多次曝光和离子束刻蚀技术在大规模面阵( 2 5 6× 2 5 6) Pt Si红外焦平面阵列的背面制作了单片集成微透镜阵列样品 (单元面积为 3 0μm× 4 0μm ) .测试结果表明 ,单片集成微透镜的红外焦平面阵列样品的信噪比提高了 2 .0倍 .     

用于改善PtSi红外焦平面阵列器件响应特性的长焦距GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种新的曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作.扫描电子显微镜(SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜的焦距可达到3861.70μm,而常规光刻热熔法很难制作出焦距超过200μm的相同尺寸的微透镜阵列.微透镜阵列器件与红外焦平面阵列器件在红外显微镜下对准胶合,显著改善了红外焦平面阵列器件的响应特性.     

128×128凹型GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种制作 12 8× 12 8球冠型GaAs凹折射微透镜阵列新的方法———曲率倒易法。扫描电子显微镜(SEM )显示微透镜阵列为表面轮廓清晰的凹球冠面阵列 ,表面探针测试结果显示阵列表面光滑、单元重复性好 ,其凹深为 1 2 6 8μm ,焦距为 - 35 2 0 4μm。     

8相位256×256衍射微透镜的设计与制作

介绍了衍射微透镜阵列的设计原理与制作工艺方法,在此基础上研制出适用于3～5μm波长256×256PtSi红外焦平面的8相位256×256硅衍射微透镜阵列,阵列中微透镜的孔径为50μm,透镜F数为f/2.5,微透镜阵列的中心距为50μm.实测衍射效率大于80%,能在红外波前传感器中较好应用.     

制作任意形状微结构的LCD实时掩模技术

本文介绍了一种利用液晶显示(LCD)实时掩模制作任意形状微结构的新技术，并又阐述了该技术的原理和设计方法。基于部分相干成像理论，仿真了制造微轴锥体和锯齿形光栅的过程。在实验中使用彩色LCD作为实时掩模，成功地用LCD实时掩模技术制作出微轴锥体和锯齿形光栅。实验中采用胰蛋白酶刻蚀技术将三维外形结构刻蚀在全彩色的感光银盐明胶片上，所得到的锯齿形光栅的节距为46．26μm，刻蚀深度为0．902μm；轴锥体的直径为l18．7μm，蚀刻深度为1．332μm。     

256×256 Si微透镜阵列与红外焦平面阵列单片集成研究

基于标量衍射理论设计了8位相菲涅尔衍射微透镜阵列.利用多次曝光和离子束刻蚀技术在大规模面阵(256×256)PtSi红外焦平面阵列的背面制作了单片集成微透镜阵列样品(单元面积为30μm×40μm).测试结果表明,单片集成微透镜的红外焦平面阵列样品的信噪比提高了2.0倍.     

微透镜集成大功率垂直腔面发射激光器

为了改善大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的模式特性,在GaAs衬底上采用限制扩散湿法刻蚀技术制作出了不同曲率半径的微透镜,与P型和N型分布式布拉格反射镜(DBR)构成复合腔结构,可以对腔内模式进行选择.有源区采用新型的发射波长为980 nm的InGaAs/GaAs应变量子阱,包括9对In0.2Ga0.8As(6 nm)/Ga0.18As.82P(8 nm)量子阱,有源区直径100μm,微透镜直径300 μm,曲率半径959.81μm,表面粗糙度13 nm.室温下,器件连续输出功率大于180 mW,阈值电流200 mA,远场发散角半角宽度分别为7.8°和8.4°,并且与没有微透镜的垂直腔而发射激光器输出特性进行了比较.     

用于改善PtSi红外焦平面阵列器件响应特性的长焦距GaAs微透镜阵列器件的制作研究

提出了一种新的曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作。扫描电子显微镜 ( SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列 ,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜的焦距可达到 3 861.70 μm,而常规光刻热熔法很难制作出焦距超过 2 0 0μm的相同尺寸的微透镜阵列。微透镜阵列器件与红外焦平面阵列器件在红外显微镜下对准胶合 ,显著改善了红外焦平面阵列器件的响应特性     

微菲涅耳透镜列阵制作

本文介绍用制版的方法制作的微菲涅耳透镜列阵及其成像实验。每个微菲耳透镜直径为1mm,对于0.633μm 波长焦距为5mm,最小光栅周期为6.4μm,列阵面积为20×20mm~2。     

凹型Si微透镜阵列的制作

提出了一种新的曲率倒易法首次成功地在Si衬底上制作出64×256凹柱面折射微透镜阵列,扫描电子显微镜(SEM)显示微透镜阵列为表面轮廓清晰的凹柱面阵列,表面探针测试结果显示凹微透镜阵列表面光滑、单元重复性好,其平均凹深为2.643μm,凹深非均匀性为8.45%,平均焦距为-47.08μm.     

Fabrication of a 100%fill-factor silicon microlens array

正A simple method has been developed for the fabrication of a silicon microlens array with a 100%fill factor and a smooth configuration.The microlens array is fabricated by using the processes of photoresist(SU8- 2005) spin coating,thermal reflow,thermal treatment and reactive ion etching(RIE).First,a photoresist microlens array on a single-polished silicon substrate is fabricated by both thermal reflow and thermal treatment technologies. A typical microlens has a square bottom with size of 25μm,and the distance between every two adjacent microlenses is 5μm.Secondly,the photoresist microlens array is transferred to the silicon substrate by RIE to fabricate the silicon microlens array.Experimental results reveal that the silicon microlens array could be formed by adjusting the quantities of the reactive ion gases of SF_6 and O_2 to proper values.In this paper,the quantities of SF_6 and O_2 are 60 sccm and 50 sccm,respectively,the corresponding etch ratio of the photoresist and the silicon substrate is 1 to 1.44.The bottom size and height of a typical silicon microlens are 30.1μm and 3μm,respectively. The focal lengths of the microlenses ranged from 15.4 to 16.6μm.     

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。     

酶蚀卤化银明胶制作连续微结构

提出酶蚀卤化银明胶制作连续深浮雕微结构的新方法。给出了卤化银明胶酶蚀成像原理和深刻蚀过程机理的理论分析。求得存在吸收时 ,刻蚀深度与曝光量关系的解析式。表明胶膜对光的吸收是造成其非线性关系的主要原因 ,并提出了解决方案和优化工艺参数 ,通过实验得到在刻蚀深度为 4 μm范围内有良好的线性关系 ,最后成功制作了良好面形的微柱透镜列阵     

128×128硅衍射微透镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数 ,设计了 3～ 5μm红外 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列。阵列中微透镜的孔径为 10 0μm,透镜 F数为 f / 1.5,微透镜阵列的中心距为 10 0μm。采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列。对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论 ,对制备出的 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量。     

Design, Fabrication, and Integration Technology of Large-Scale Microlens Array for Infrared Charge Coupled Device Application

Infrared charge coupled device (IRCCD) integration with microlens array is an effective method for improving the detecting sensitivity of IRCCD sensors. In this paper, we present the diffractive microlens array (MLA), which is manufactured by the submicron photolithography technology and magnetically enhanced reactive ion etching (MERIE) on infrared quartz substrate. The integration procedure between microlens array and PtSi Schottky-barrier IRCCD chip is introduced in detail. The optical response of IRCCD sensor with microlens array is tested and the average response increases 0.23 in the spectral range of 1.2～5.0 μm. The measuring results show that the large-scale diffractive microlens array is able to improve the detecting sensitivity of IRCCD and that the integration technology mentioned is available.     

线列混合型石英微透镜/红外探测器阵列的研究

阐述了利用离子束刻蚀技术制作线列长方状拱面石英微透镜阵列的工艺方法，对所制微光学元件的光学性能进行了测试和讨论，所制成的石英微透镜阵列器件在线列ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ高Ｔｃ超导薄膜红外探测器上得到了应用。实验结果表明，混合型的石英微透镜／红外探测器结构显著改善了线列ＹＢＣＯ高温超导薄膜红外探测器的光响应特性。     

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.     

Design of the microlens arrays coupling with imaging fiber bundle

To ameliorate the disadvantages of imaging system coupled with imaging fiber bundle, a method by adding square aperture microlens arrays at both entrance and exit ends of the imaging fiber bundle is proposed to increase the system’s coupling efficiency. The expressions for solving the parameters of both ends’ microlens units are deducted particularly. The microlens arrays used for an infrared imaging fiber bundle with the single fiber diameter of 100 μm and core diameter of 70 μm are designed by this method. The simulation results show that compared with the system without microlens arrays, the fill factor of the imaging fiber bundle coupled microlens arrays system is increased from 44.4% to more than 90%, and the coupling efficiency is doubled too. So the design method is correct, and the introduction of microlens arrays into imaging fiber bundle coupled system is feasible and superior.     

过硫酸铵在TMAH体硅刻蚀中的作用

为了提高低浓度下四甲基氢氧化铵(TMAH)体硅刻蚀的质量,通过对质量分数为5%的TMAH进行研究,发现合适的过硫酸铵(AP)添加方式和添加量能够在不降低刻蚀速率的条件下提高体硅刻蚀质量。通过SEM,EDS和XRD对AP的作用机理进行深入分析,发现加入AP能使刻蚀底面生成"伪掩膜",并确定其成分为低温石英晶体。这些"伪掩膜"能够选择性地覆盖于刻蚀底面金字塔小丘的交界区域,使刻蚀底面相对凹陷的部分被保护,而金字塔顶相对凸出的部分则被刻蚀,从而在宏观上达到了降低粗糙度的效果。在此基础上得到了"两步法"的优化刻蚀工艺,结合该工艺已成功制备出深度485μm,平均刻蚀速率1.01μm/min,底面粗糙度仅为0.278μm硅杯微结构。     

Semiconductor microlenses fabricated by one-step wet etching

We fabricated refractive semiconductor microlenses using a diffusion-limited chemical etching technique based an Br₂ solution. The simple one-step wet etching process produced high-quality microlenses of GaAs and InP, the two most popular compound semiconductor materials used in optoelectronics. A spherical GaAs microlens with a nominal lens diameter of 30 μm exhibited a radius of curvature and focal length of 91 and 36 μm, respectively. The surface roughness, examined by atomic force microscopy (AFM), was measured to be below ±10 Å. This microlens fabrication method should be readily applicable due to the simplicity in processing and the high-quality results