一种片上集成超表面分束器的制作方法

1.本实用新型属于分束器的技术领域，具体地涉及一种片上集成超表面分束器。


背景技术：

2.分束器将准直光束分成阵列的一维或二维的多个光束，以不同的角度出射。光束经透镜聚焦后可形成聚焦光束阵列，可用于高功率激光加工，结构光，激光雷达等场景，vcsel作为一种光垂直于顶面出射的半导体激光器，拥有单色性好，高光电转化效率，易于晶片集成等特点，广泛应用于传感，光通讯等领域。
3.目前的使用场景中准直透镜/透镜阵列，衍射分束器常被置于光源后方，整个光学架构的厚度较大，无法进一步缩小尺寸，使用场景受限。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种片上集成超表面分束器，用于解决现有技术中衍射分束器常被置于光源后方，整个光学架构的厚度较大，无法进一步缩小尺寸，使用场景受限的技术问题。
5.该实用新型提供以下技术方案，一种片上集成超表面分束器，包括：
6.包括晶圆，所述晶圆上设置有若干发光区，在所述发光区上压印有若干层依次层叠的光学调制层，每层所述光学调制层包括胶层以及设置在所述胶层上的超表面结构层。
7.相比现有技术，本技术的有益效果为：本技术通过将光学调制层压印在发光区处，而不是处于整个晶圆上，保证收光和调制功能的同时，减少树脂的使用量，大规模生产时降低原料成本，还确保了产品本身的轻薄化。
8.较佳地，任一所述光学调制层中的所述胶层与所述超表面结构层的接触面平整设置。
9.较佳地，所述超表面结构层由若干周期性排布的单一超表面结构组成，所述发光区上设有若干vcsel发光区域，所述单一超表面结构与所述vcsel发光区域一一对应设置。
10.较佳地，所述单一超表面结构由若干形状、结构参数不同的周期性结构阵列排布而成。
11.较佳地，所述周期性结构由若干个微纳米结构以5*5的周期阵列而成。
12.较佳地，所述微纳米结构为矩形纳米柱、圆形纳米柱、椭圆形纳米柱、矩形纳米孔、圆形纳米孔中的任意一种或多种。
13.较佳地，所述周期性结构的尺寸为2.0um*2.0um～4.0um*4.0um。
14.较佳地，所述胶层由树脂制成。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新
型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型第一实施例提供的片上集成超表面分束器的结构图；
17.图2为本实用新型第一实施例提供的vcsel发光区域与单一超表面结构的对应结构图；
18.图3为本实用新型第一实施例提供的单一超表面结构的结构图；
19.图4为本实用新型第二实施例提供的片上集成超表面分束器的结构图。
20.附图标记说明：
[0021][0022]
以下将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。
具体实施方式
[0023]
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型的实施例，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0024]
在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0025]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0026]
在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
[0027]
实施例一
[0028]
在本实用新型的第一实施例中，如图1所示，一种片上集成超表面分束器，包括晶
圆1，所述晶圆1上设置有若干发光区11，在所述发光区11上对应压印有若干层依次层叠的光学调制层2，每层所述光学调制层2包括胶层21以及设置在所述胶层上的超表面结构层22；
[0029]
其中，在所述发光区11上压印若干层光学调制层2，与传统技术不同的是，本实施例中的光学调制层2范围仅位于vcsel光学路径区域而非整层，仅压印在vcsel发光附近区域，保证收光和调制功能的同时，减少树脂的使用量，大规模生产时降低原料成本；
[0030]
同时，胶层21的设置为了保证超表面结构层22压印更加顺利，避免压印超表面结构层22时，整层出现凹凸不平的情况，影响超表面结构层22的整体压印效果；
[0031]
可理解的是，光学调制层2设有若干层，光学调制层2可为一层或者多层，当光学调制层2为一层时，则单层的光学调制层2可同时实现光的准直和者分束作用，当光学调制层2为多层时，则多层的光学调制层2可实现光的准直或者分束作用，例如第一层可起到准直作用，发光区11发出的光准直成平行平面光，第二层起到衍射分束作用，准直之后的平行平面光分束成光束阵列，实现光源分束或投射出散斑，或者前面几层起到可起到准直作用，后面几层起到衍射分束作用，以实现光的汇聚，准直，衍射分束等功能；
[0032]
值得说明的是，光学调制层2可通过压印的方法制作而出，通过激光直写，光刻等方式加工出对应面型的母版，通过填胶、压印，脱模等工艺制造出光学调制层2，需多层光学调制层2时，光学调制层2之间可以叠加压印，也可胶合到一起。
[0033]
在本实施例中，任一所述光学调制层2中的所述胶层21与所述超表面结构层22的接触面平整设置；
[0034]
具体的，在光学调制层2压印过程中，由于发光区11的顶面不一定平整，通过在发光区11顶部进行点胶形成胶层21，且胶层21的顶面平直设置，为保证在压印超表面结构层22时，更加顺利，不会出现凹凸不平的情况，避免影响光的准直以及分束。
[0035]
如图2所示，在本实施例中，所述超表面结构层22由若干周期性堆叠的单一超表面结构221组成，所述发光区11上设有若干vcsel发光区域111，所述单一超表面结构221与所述vcsel发光区域111一一对应设置；
[0036]
具体的，通过上述设置，使得单一超表面结构221处于vcsel光学路径区域，即vcsel发光区域111，能够进一步降低生产时的原料成本；
[0037]
进一步的，所述单一超表面结构221呈阵列分布，在本实施例中，单一超表面结构221按4
×
4周期性阵列分布，对应的vcsel发光区域111也按4
×
4阵列分布在发光区11中单一超表面结构221，可以使用纳米压印的方式，转移周期性单一超表面结构221至发光区11中的vcsel发光区域111，可选择围墙压印或直接压印。
[0038]
在本实施例中，所述周期性结构222由若干个微纳米结构223以5*5的周期阵列而成；
[0039]
其中，5*5阵列排布只是本实用新型中的微纳米结构223的其中一种整列方式，其也可以3*3、4*4
……
n*n的方式进行排列；
[0040]
值得一提的是，此处的微纳米结构223的排布周期决定光束的分散角度，而并未限定排列周期一定为某个数值，此处可根据实际的生产需求以及加工情况自由调整微纳米结构223的排布周期。
[0041]
如图3所示，在本实施例中，所述单一超表面结构221由若干形状、结构参数不同的
微纳米结构223阵列排布而成；
[0042]
其中，微纳米结构223可对光的相位、振幅、偏振等特性起调制作用。
[0043]
在本实施例中，所述微纳米结构223为矩形纳米柱、圆形纳米柱、椭圆形纳米柱、矩形纳米孔、圆形纳米孔中的任意一种或多种。
[0044]
在本实施例中，所述周期性结构222的尺寸为2.0um*2.0um～4.0um*4.0um。
[0045]
其中，所述周期性结构222的尺寸具体为2.5um*2.5um，所述微纳米结构223的尺寸为100nm*100nm～500nm*500nm，高度为1.5um～2.0um，即当微纳米结构223为矩形柱状结构时，其长宽在100nm～500nm之间，当微纳米结构223为圆形柱形结构时，其直径在100nm～500nm之间，当微纳米结构223为椭圆柱状结构时，其长轴与短轴在100nm～500nm之间，同时微纳米结构223的具体高度，可根据微纳米结构223的材料折射率而定，使用折射率越高的材料，则微纳米结构223的高度则可对应降低，使用折射率越低的材料，则微纳米结构223的高度则可对应增高。
[0046]
在本实施例中，所述胶层21由树脂制成；
[0047]
具体的，本技术中使用折射率为1.7的树脂，完成偏上集成超表面分束器的制作与加工，同时在使用折射率为1.7的树脂后，光的波长为905nm时，微纳米结构223高度为1.8um。
[0048]
值得一提的是，本实施例提供的片上集成超表面分束器中的光学调制层2的压印方法如下：
[0049]
在晶圆1表面旋涂树脂，使用掩模版后对其曝光，曝光完成后使用显影液将曝光后的部分树脂清除，在树脂间的发光区11点胶，形成胶层21，并压印超表面结构层22，以形成单层的光学调制层2，脱膜以后，使用显影液洗去围墙处的树脂，可获得单层的光学调制层2，对于多层光学调制层2的情形，光学调制层2间可叠加压印也可使用光学树脂胶合，用以构成多层的光学调制层2结构。
[0050]
实施例二
[0051]
如图4所示，在本实用新型的第二实施例中，一种片上集成超表面分束器，本实用新型实施例二提供的一种片上集成超表面分束器与实施例一提供的一种片上集成超表面分束器的不同之处在于：
[0052]
所述光学调制层2全部覆盖在晶圆1上，而实施例一中的光学调制层2之间留有一定的间隙，其目的为了节省原料成本，而本实施例二中的胶层21一体设置，同时超表面结构层22直接压印在胶层21，使得超表面结构层22为一体式结构，且相邻两超表面结构层22之间也填充有胶层21，其目的为了便于加工，省去了去除多余的树脂的过程，同时加工时间与实施例一相比较短。
[0053]
综上，本实用新型上述实施例当中的片上集成超表面分束器，本技术通过将光学调制层2压印在发光区11处，而不是处于整个晶圆1上，保证收光和调制功能的同时，减少树脂的使用量，大规模生产时降低原料成本，还确保了产品本身的轻薄化，同时通过光学调制层2实现光的汇聚，准直，衍射分束等功能，以实现光源分束或投射出散斑。
[0054]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。