CN114660686A - 微透镜组的制备方法及半导体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种微透镜组的制备方法以及一种半导体结构。其中，所述微透镜组的制备方法包括：根据所述微透镜组中各透镜的预设结构尺寸，建立所述微透镜组的三维模型；利用激光加工设备，结合所述三维模型，形成相应的激光路径；将所述激光加工设备产生的激光，按照所述激光路径对第一材料进行加工，形成所述微透镜组；其中，在利用激光对所述第一材料进行加工时，触发所述第一材料发生双光子吸收。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种微透镜组的制备方法及半导体结构。
背景技术
随着移动互联网、大数据分析、云计算技术的高速发展，以及第五代移动通信技术(5G，5th Generation Mobile Communication Technology)商用化进程的不断推进，人们对光电子器件性能的要求也在不断提高。其中，硅光器件由于功耗低、集成度高，以及信息传输快，而被广泛应用。
当前，在硅光器件的应用中，硅光器件如硅波导器件和光纤之间的耦合还存在诸多问题。
发明内容
为解决相关技术问题中的一个或多个，本发明实施例提出了一种微透镜组的制备方法及半导体结构。
本发明实施例提供的一种微透镜组的制备方法，包括：
根据所述微透镜组中各透镜的预设结构尺寸，建立所述微透镜组的三维模型；
利用激光加工设备，结合所述三维模型，形成相应的激光路径；
将所述激光加工设备产生的激光，按照所述激光路径对第一材料进行加工，形成所述微透镜组；
其中，在利用激光对所述第一材料进行加工时，触发所述第一材料发生双光子吸收。
上述方案中，所述第一材料包括光刻胶。
上述方案中，所述方法还包括：
在将所述激光加工设备产生的激光，按照所述激光路径对第一材料进行加工之后，对所述第一材料进行显影处理及清洗处理。
上述方案中，所述微透镜组包括准直透镜和聚焦透镜。
上述方案中，所述聚焦透镜为球面透镜或非球面透镜。
上述方案中，所述激光加工设备包括双光子聚合激光加工设备。
本发明实施例中还提供了一种半导体结构，包括：第一光器件、第二光器件以及由本发明上述实施例中任一项所述的方法制备得到的微透镜组；其中，
所述微透镜组位于所述第一光器件和所述第二光器件之间，用于实现所述第一光器件和所述第二光器件之间的光路耦合。
上述方案中，所述第一光器件包括光纤；所述第二光器件包括波导芯片；所述微透镜组包括准直透镜和聚焦透镜；其中，
所述光纤用于发出发散光；
所述准直透镜用于将接收到的所述发散光转换成平行光；
所述聚焦透镜用于将接收到的所述平行光转换成聚焦光束；
所述波导芯片用于接收所述聚焦光束。
上述方案中，所述准直透镜的数值孔径大于所述光纤出射光的发散角。
上述方案中，所述半导体结构还包括：垫块；
所述垫块位于所述微透镜组下方，用于减小所述微透镜组与所述第一光器件和所述第二光器件之间的高度差。
本发明实施例提供了一种微透镜组的制备方法及半导体结构，其中，所述微透镜组的制备方法包括：根据所述微透镜组中各透镜的预设结构尺寸，建立所述微透镜组的三维模型；利用激光加工设备，结合所述三维模型，形成相应的激光路径；将所述激光加工设备产生的激光，按照所述激光路径对第一材料进行加工，形成所述微透镜组；其中，在利用激光对所述第一材料进行加工时，触发所述第一材料发生双光子吸收。这里，通过本发明实施例中提供的三维3D打印的方式制备得到的微透镜组的体积较小，工艺步骤较少，形成过程较为灵活，工艺窗口较大，制造成本较低；能够很好的满足多个光器件之间的光耦合；同时，通过本发明实施例中提供的微透镜组的制备方法得到的微透镜组具有较大的数值孔径，能够更好的实现微透镜组与光纤模场的匹配，减少光信号的损耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种半导体结构的立体示意图；
图2为本发明实施例提供的一种半导体结构的剖视示意图；
图3为本发明实施例提供的一种微透镜组的制备流程示意图。
附图标记说明
101-第一光器件；102-第二光器件；103-微透镜组；1031-准直透镜；1032-聚焦透镜；104-垫块。
在上述附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
具体实施方式
为使本发明实施例的技术方案和优点更加清楚，以下结合说明书附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。
如本文所用的术语“外延”是指对衬底生长半导体层的步骤。
在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，半导体结构中的两层之间的“上”或“下”关系可以是两层之间直接接触，或两层通过中间层间接接触。
在本发明实施例中，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可位于连续结构的顶面和底面之间，或者层可在连续结构顶面和底面处的任何水平面对之间。层可以水平、垂直和/或沿倾斜表面延伸。并且，层可以包括多个子层。
实际应用中，随着移动互联网、大数据分析、云计算技术的高速发展，以及5G商用化进程的不断推进，人们对光电子器件性能的要求也在不断提高。其中，光纤通信的飞速发展极大地推动了光电器件的发展。
示例性的，在光网络中，光信号的传输通过低损耗的光纤完成；而光电器件中的硅光器件由于其功耗低、集成度高以及信息传输快，光信号的处理则由硅光器件完成。
然而，在硅光器件的应用中，最大瓶颈在于实现硅光器件(例如光波导器件)和光纤的低损耗耦合。
实际应用中，造成耦合效率低的原因在于，一方面是由于光波导器件与光纤材料折射率的不同，而引起的菲涅尔反射损耗；另一方面是来自封装连接时引起的对准位错损耗；再一方面是由于光波导器件与光纤的模场失配损耗。
其中，菲涅尔反射是指光波导器件与光纤连接界面处，由于界面两边折射率的不同而引起的光学反射造成的损耗。在光纤与光波导器件连接处，波导和光纤的折射率不同就会产生菲涅尔反射。
对准偏差损耗是由于单模光纤-光波导器件中心存在横向、轴向和角度偏移所引起的损耗，对准偏差损耗一方面是由于对准精度不够，另一方面是因为光波导器件-光纤对准容差太小造成的。
模场失配损耗是由于光波导器件与光纤自身尺寸结构决定，可以通过设计各种锥形波导端面或插入衍射元件等方式来尽可能使波导输出模场与光纤模场的匹配。
基于此，为解决上述问题中的一个或多个，本发明实施例提供了一种半导体结构；如图1所示，图1为本发明实施例中提供的半导体结构的立体示意图；参考图1，所述半导体结构包括：第一光器件101、第二光器件102以及微透镜组103；其中，
所述微透镜组103位于所述第一光器件101和所述第二光器件102之间，用于实现所述第一光器件101和所述第二光器件102之间的光路耦合。
需要说明的是，这里的微透镜组是采用3D打印的方式制备得到的，该3D打印的具体方式在后文中进行了详细的描述。
这里，在光束(即光信号)传输的过程中，微透镜组103可起到光束准直和光束聚焦的作用。
在一些具体实施例中，半导体结构可以包括多个第一光器件101、多个第二光器件102和多个微透镜组103。其中，多个第一光器件101与多个第二光器件102一一对应；每个对应的第一光器件101与第二光器件102之间均设置有微透镜组103。
需要说明的是，在每个对应的第一光器件101与第二光器件102之间也可以设置多个微透镜组103，也可以设置一个微透镜组103；即微透镜组103的个数可以根据实际需求进行设置。
这里，为了便于描述，本发明以下实施例中，以在每个对应的第一光器件101与第二光器件102之间设置一个微透镜组103为例进行说明，参考图1。
这里，多个对应的第一光器件101与第二光器件102之间设置了多个微透镜组103。
在一些具体实施例中，多个微透镜组103可以形成一个微透镜阵列。
可以理解的是，相关技术中，形成微透镜的过程包括在衬底上设置用于形成微透镜的材料；在该材料上形成具有预设微透镜图案的掩膜；然后，对具有预设微透镜图案的掩膜进行刻蚀；以形成微透镜。该微透镜的结构尺寸较大，且形成具有不同结构尺寸的微透镜时，需要更换相应尺寸的掩膜，使得形成微透镜的工艺流程较为复杂。
相对地，本发明实施例的微透镜组通过3D打印形成，其结构尺寸可以根据实际需求进行设置；在一些实施例中，微透镜组的结构尺寸为几十微米；另外，采用3D打印形成微透镜组的过程中，工艺步骤较少，工艺操作简单，制造成本较低。
在一些实施例中，所述第一光器件101包括光纤；所述光纤用于光信号的传输。
需要说明的是，多个光纤形成光纤阵列；光纤阵列可以同时传输多组光信号。
在一些具体实施例中，所述光纤可以用于传输呈发散光的光信号，即光纤用于发出发散光；也可以用于接收呈聚焦光束的光信号，即光纤用于接收聚焦光束。
这里，光纤包括纤芯和包围在纤芯周围的包层。
所述包层的折射率低于纤芯的折射率，以提供反射面或光隔离，用于阻挡纤芯传输光信号的过程中光信号的散射。同时包层也对纤芯起到机械保护作用。
在一些具体实施例中，光纤的一端的发射装置采用激光将光脉冲或光信号传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。
在一些实施例中，所述第二光器件102包括波导芯片。
其中，组成上述波导芯片的材料可以包括：硅、氮化硅、氮化铝、铌酸锂等。
这里，波导芯片可以支持单模传输或多模传输的光波。
在一些具体实施例中，所述波导芯片可以用于光信号的传输。
示例性的，所述波导芯片可用于传输发散光；也可以用于接收并传输聚焦光束。
可以理解的是，聚焦光束可以理解为光束通过非线性介质时自动会聚成直径为几微米的细线或一串串细小的焦点。
本发明的一些实施例中，非线性介质可以理解为微透镜组103。
在一些实施例中，光信号可以从光纤传输至波导芯片；也可以从波导芯片传输至光纤。
这里，为了描述的简洁，以光纤接收到光信号后，将所述光信号传输至波导芯片为例进行说明；但需要说明的是，本发明实施中关于光信号的传输方向仅用于说明本发明，并不用来限制本发明的范围。
本发明实施例中，所述微透镜组位于所述光纤和所述波导芯片之间，用于在所述光纤和所述波导芯片之间实现光路耦合的过程中，减少光信号的损耗。同时，因微透镜组的结构尺寸较小，其与光纤和波导芯片之间分别耦合时，操作灵活、简单。
可以理解的是，光信号的传输过程中，光纤将光信号传输至微透镜组后，再通过微透镜组将光信号传输至波导芯片。
可以理解的是，在光路可逆的情况下，微透镜组103的位置可以调整。
实际应用中，微透镜组103可以是多个透镜的组合。该微透镜组103可以起到光束准直和光束聚焦的作用。
示例性的，在一些实施例中，所述微透镜组包括准直透镜1031和聚焦透镜1032。
这里，准直透镜1031具有能够将接收到的发散光聚焦成平行光的作用，聚焦透镜1032则具有将接收到的平行光汇聚到光口处的作用。
需要说明的是，在一些具体实施例中，准直透镜1031可以是多个凸透镜和/或凹透镜的组合；该多个凸透镜和/或凹透镜进行组合后具有光束准直作用。
同样，聚焦透镜1032也可以是多个凸透镜和/或凹透镜的组合；该多个凸透镜和/或凹透镜进行组合后具有光束聚焦作用。
需要说明的是，准直透镜1031与聚焦透镜1032还可以包括其他类型的透镜的组合，这里不再一一赘述。
这里，在光路是从波导芯片传输至光纤的情况下，可以将聚焦透镜1032设置在光纤和准直透镜1031之间；将准直透镜1031设置在聚焦透镜1032和波导芯片之间。也就是说，波导芯片、准直透镜、聚焦透镜和光纤依次排列设置。
在光路是从光纤传输至波导芯片的情况下，可以将准直透镜1031设置在光纤和聚焦透镜1032之间；将聚焦透镜1032设置在准直透镜1031和波导芯片之间。也就是说，波导芯片、聚焦透镜、准直透镜和光纤依次排列设置。
这里，以光路是从光纤传输至波导芯片，即准直透镜1031位于光纤和聚焦透镜1032之间；聚焦透镜1032位于准直透镜1031与波导芯片之间为例进行说明。其中，光纤用于发出发散光；
所述准直透镜1031用于将接收到的所述发散光转换成平行光并传输至聚焦透镜1032；其中，所述准直透镜1031的数值孔径大于所述光纤出射光的发散角；
所述聚焦透镜1032用于将接收到的所述平行光转换成聚焦光束并传输至波导芯片的光口；
所述波导芯片用于接收所述聚焦光束。
这里，数值孔径用以描述透镜收光锥角的大小；所述准直透镜1031的数值孔径大于所述光纤出射光的发散角可以理解为光信号从光纤传输至准直透镜的过程中，光信号从光纤发出后，能被准直透镜全部接收。这样，相较于现有技术中光信号直接从光纤传输至波导芯片，准直透镜1031可以使得光信号的损耗较少。
换言之，准直透镜1031可以增大其与光纤模场的匹配，减少光信号的损耗。
并且，可以理解的是，在所述准直透镜的数值孔径大于所述光纤出射光的发散角时，微透镜组可以在实现光耦合的过程中，增大耦合的工艺窗口。
需要说明的是，相较于光纤和波导芯片的结构尺寸，微透镜组的结构尺寸较小，在准直透镜与光纤放置在用一水平台面上时，准直透镜与光纤存在高度差，无法实现准直透镜与光纤纤芯的对准或匹配，因此，在一些实施例中，所述半导体结构还包括：垫块104，参考图2；
所述垫块104位于所述微透镜组103下方，用于减小所述微透镜组103与所述第一光器件101和所述第二光器件102之间的高度差。
这里，垫块104用于减小微透镜组103与光纤或者微透镜组103与波导芯片之间的高度差；以实现准直透镜与光纤纤芯的对准或模场匹配，和/或，实现聚焦透镜与波导芯片的对准或模场匹配。
本发明的一些实施例中，垫块104可以是与微透镜组103一对一设置，也可以是与多个微透镜组103一对多设置，参考图2。换言之，垫块104的数量与微透镜组103的数量之间的对应关系可以根据实际需求进行设置。
可以理解的是，在垫块104与微透镜组103进行一对一设置时，垫块104的尺寸相对较小，即一个垫块上可承载一个微透镜组；在垫块104与多个微透镜组103进行一对多设置时，垫块104的尺寸相对较大，即一个垫块上可以承载多个微透镜组。即垫块104的尺寸与微透镜组103的尺寸也可以根据实际需求进行设置。
需要说明的是，在另一些实施例中，微透镜组103的尺寸足够大，例如能够实现准直透镜与光纤纤芯的对准或匹配时，半导体结构中可以不包含垫块104。
在一些实施例中，光信号通过光纤传输后，以发散光的形式从光纤发出；准直透镜将接收到的呈发散光形式的光信号转换成呈平行光形式的光信号后，传输至聚焦透镜。
这里，聚焦透镜将接收到的成平行光形式的光信号转换成呈聚焦光束的光信号，传输至波导芯片。
这里，波导芯片接收呈聚焦光束的光信号；进而完成光信号从光纤传到波导芯片的传输。
基于此，本发明实施例提供的半导体结构中，一方面通过微透镜组将光纤传输的发散光全部接收，更好的完成微透镜组与光纤的模场匹配，可以减少模场失配损耗；另一方面，在微透镜组下方设置垫块，可以提高微透镜组与光纤和波导芯片的对准精度，进而减少对准偏差损耗；另外，本发明实施例中，通过微透镜组将光纤输出的发散光转化成聚焦光束并传输至波导芯片的过程中，微透镜组的数值孔径大于光纤出射光的发散角，进而可以减少光信号的损耗。
本发明实施例中，还提供了一种微透镜组的制备方法，图3为本发明实施例的微透镜组的制备方法的实现流程示意图。如图3所示，所述微透镜组的制备方法包括以下步骤：
步骤301：根据所述微透镜组中各透镜的预设结构尺寸，建立所述微透镜组的三维模型；
步骤302：利用激光加工设备，结合所述三维模型，形成相应的激光路径；
步骤303：将所述激光加工设备产生的激光，按照所述激光路径对第一材料进行加工，形成所述微透镜组；
其中，在利用激光对所述第一材料进行加工时，触发所述第一材料发生双光子吸收。
应当理解，图3中所示的操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。下面结合图3、图1描述本申请实施例的微透镜组的形成方法。
其中，在执行步骤301之前，所述方法还包括：提供微透镜组103中各透镜的预设结构尺寸。
这里，微透镜组103中各透镜的预设结构尺寸可根据实际应用中对微透镜组的需求进行设定。
在一些实施例中，所述微透镜组103包括准直透镜1031和聚焦透镜1032。
所述准直透镜1031用于将接收到的所述发散光转换成平行光；
所述聚焦透镜1032用于将接收到的所述平行光转换成聚焦光束；
在一些具体实施例中，准直透镜的结构尺寸为几十微米；聚焦透镜的结构尺寸为几十微米。
在步骤301之前，确定准直透镜1031和聚焦透镜1032的预设结构尺寸。
在一些具体实施例中，准直透镜1031可以为球面透镜或非球面透镜。优选的，准直透镜为非球面透镜。聚焦透镜1032可以为球面透镜或非球面透镜。优选的，聚焦透镜为非球面透镜。
步骤301中，根据准直透镜1031和聚焦透镜1032的预设结构尺寸，通过激光加工设备建立准直透镜和聚焦透镜的三维模型。
在一些实施例中，所述激光加工设备包括双光子聚合激光加工设备。
示例性的，双光子聚合加工设备为双光子聚合激光三维(3D，Three Dimensional)直写。可以理解的是，双光子聚合是物质在发生双光子吸收后所引发的一种光聚合过程。
这里，三维直写可以包括飞秒激光直写(Direct Laser Writing)。
示例性的，飞秒激光直写系统是利用双光子聚合效应在光敏材料中构建三维结构的激光光刻系统。飞秒激光可完全穿透光刻胶而不发生感光，只有在极端聚焦的体积内，光强达到双光子吸收的阈值，在此区域内光刻胶化学特性发生变化。通过对被曝光物质精确位移控制，以三维路径扫描光刻胶，可以一步成型、快速制造出任意三维微纳结构。
这里，双光子聚合激光加工是一种加工微纳结构的技法，其原理是将激光光束在光敏材料内会聚，只有在焦点中心附近的极小区域内才能发生双光子吸收聚合反应，改变焦点和光敏材料的相对位置即可“直接写得”任意微纳结构。并且，双光子聚合激光加工具有无需掩膜，无需支撑等优点。
而双光子聚合激光加工设备可以建立待加工结构的三维模型；还可以用以执行双光子聚合激光加工工艺，实现待加工结构的3D打印。
这里，双光子聚合激光加工设备用于建立准直透镜和聚焦透镜的三维模型。
在步骤302中，利用激光加工设备，形成相应的激光路径。
这里，在通过双光子聚合激光加工设备，结合已建立的准直透镜和聚焦透镜的三维模型，生成相应的激光路径。
换言之，所述激光路径即为准直透镜和聚焦透镜的3D打印路径，根据所述激光路径的激光打印，可以形成准直透镜和聚焦透镜。
在一些实施例中，在激光加工设备产生的激光前，先提供第一材料。
这里，第一材料可以是具备能够触发双光子吸收且在固化后能够满足光信号传输的任何适合的材料。
在一些实施例中，所述第一材料包括光刻胶。
具体地，提供衬底；在所述衬底上均匀的涂覆一层光刻胶。
这里，光刻胶的组成材料包括能够触发双光子吸收且在固化后能够满足光信号传输的任何适合的材料。
这里，光刻胶的厚度值大于微透镜组的结构尺寸值；也就是说，微透镜组是在光刻胶的内部形成。
在步骤303中，形成微透镜组103。
具体地，通过双光子聚合激光加工设备产生激光，将所述激光按照准直透镜和聚焦透镜的激光路径，传输至光刻胶的内部，利用激光对光刻胶进行固化加工。
在一些实施例中，双光子聚合激光加工设备产生的激光包括短脉冲激光；优选地，双光子聚合激光加工设备产生的激光为飞秒激光。
这里，在利用激光对所述光刻胶进行加工时，触发所述光刻胶发生双光子吸收；以在光刻胶内部形成准直透镜和聚焦透镜。
可以理解的是，双光子吸收是指物质的一个分子同时吸收两个光子，双光子吸收的发生主要在脉冲激光所产生的超强激光焦点处，光路上其它地方的激光强度不足以产生双光子吸收，并且由于所用光波长较长，能量较低，不发生单光子吸收过程。
需要说明的是，双光子聚合固化过程具有良好的空间选择性。因此，双光子聚合激光3D打印在双光子吸收过程对材料穿透性好、空间选择性高。
在一些实施例中，所述方法还包括：
在将所述激光加工设备产生的激光，按照所述激光路径对第一材料进行加工之后，对所述第一材料进行显影处理及清洗处理。
这里，显影处理可以理解为将微透镜组结构尺寸的影像显现在第一材料上的过程。
实际应用中，显影包括正显影和反转显影。正显影中显影色粉所带电荷的极性，与感光鼓表面静电潜像的电荷极性是相反的，而反转显影中感光鼓与色粉电荷极性是相同的。
需要说明的是，相关技术中，正显影和反转显影的技术比较成熟，这里不再赘述。
本发明的一些实施例中，通常采用负性光刻胶实现反转显影。
清洗处理包括对加工后的第一材料进行酸洗或水洗。
这里，酸洗可以理解为利用酸溶液去除微透镜组表面上的残留物；示例性的，采用异丙醇对剩余的光刻胶进行清洗。水洗可以理解为采用去离子水对微透镜组表面残留去进行去除。
这里，显影处理及清洗处理可以在光刻胶内形成准直透镜和聚焦透镜后，对剩余的光刻胶进行去除。
需要说明的是，去除光刻胶残留物的同时去除衬底。
需要说明的是，在一些具体实施例中，光刻胶形成在光纤与波导芯片之间的支撑物(例如垫块等)上，即该半导体结构中不涉及衬底时，在清洗光刻胶的同时，无需考虑衬底的去除。
可以理解的是，通过本发明实施例中提供的微透镜组的制备方法得到的微透镜组的结构尺寸可以根据事实需求进行设置；并且，由于采用双光子聚合激光打印设备加工而成，因此，微透镜组中各个透镜的结构尺寸可以设置为几十微米；相较于相关技术中的微透镜，本发明实施例中形成的微透镜组的体积小，形成过程较为灵活；减小制造成本。
另外，相关技术中，形成微透镜的过程包括在衬底上形成第一材料；在第一材料上形成掩膜；对掩膜进行刻蚀；去除衬底等步骤。
而相关技术中针对不同的微透镜，其结构尺寸或规格不同，因此，需要的相应微透镜的掩膜尺寸也不同；因此，在制造不同结构尺寸或规格的微透镜时，需要重新设置掩膜的尺寸、厚度等；基于此，本发明实施例提供的形成微透镜组的制备方法，可以减少工艺步骤，提高工艺窗口，减少制造成本。
同样，由于光纤与波导芯片的模场匹配较难，相关技术中的波导端面耦合方案耗时较长，人工耦合精度控制比较困难。常见的耦合用微透镜一般尺寸较大，并且耦合流程复杂，占用空间大。而本发明实施例中的微透镜组具有较大的数值孔径，能够更好的完成微透镜组与光纤的模场匹配，减少光信号的损耗。
换言之，通过本发明实施例中提供的三维3D打印的方式制备得到的微透镜组的体积较小，工艺步骤较少，形成过程较为灵活，工艺窗口较大，制造成本较低；能够很好的满足多个光器件之间的光耦合；同时，通过本发明实施例中提供的微透镜组的制备方法得到的微透镜组具有较大的数值孔径，能够更好的实现微透镜组与光纤模场的匹配，减少光信号的损耗。
另外，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微透镜组的制备方法，其特征在于，包括：
根据所述微透镜组中各透镜的预设结构尺寸，建立所述微透镜组的三维模型；
利用激光加工设备，结合所述三维模型，形成相应的激光路径；
将所述激光加工设备产生的激光，按照所述激光路径对第一材料进行加工，形成所述微透镜组；
其中，在利用激光对所述第一材料进行加工时，触发所述第一材料发生双光子吸收。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一材料包括光刻胶。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
在将所述激光加工设备产生的激光，按照所述激光路径对第一材料进行加工之后，对所述第一材料进行显影处理及清洗处理。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微透镜组包括准直透镜和聚焦透镜。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚焦透镜为球面透镜或非球面透镜。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光加工设备包括双光子聚合激光加工设备。
7.一种半导体结构，其特征在于，包括：第一光器件、第二光器件以及由权利要求1至6中任一项所述的方法制备得到的微透镜组；其中，
所述微透镜组位于所述第一光器件和所述第二光器件之间，用于实现所述第一光器件和所述第二光器件之间的光路耦合。
8.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述第一光器件包括光纤；所述第二光器件包括波导芯片；所述微透镜组包括准直透镜和聚焦透镜；其中，
所述光纤用于传输发散光；
所述准直透镜用于将接收到的所述发散光转换成平行光；
所述聚焦透镜用于将接收到的所述平行光转换成聚焦光束；
所述波导芯片用于接收所述聚焦光束。
9.根据权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，所述准直透镜的数值孔径大于所述光纤出射光的发散角。
10.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括：垫块；
所述垫块位于所述微透镜组下方，用于减小所述微透镜组与所述第一光器件和所述第二光器件之间的高度差。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202886658U (zh) * | 2012-09-24 | 2013-04-17 | 美泰普斯光电科技（大连）有限公司 | 一种半导体激光发射器与透镜的耦合装配体 |
| CN105751511A (zh) * | 2016-04-20 | 2016-07-13 | 清华大学深圳研究生院 | 双光子聚合3d打印机及打印方法 |
| CN109483774A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-19 | 英诺激光科技股份有限公司 | 一种利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法 |
| CN109917619A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-21 | 史强 | 一种双光子聚合有机硅光刻胶组合物及其固化方法 |
| CN110244509A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-09-17 | 英诺激光科技股份有限公司 | 利用超快激光双光子聚合制作衍射光学器件的方法 |
| CN110346857A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-18 | 英诺激光科技股份有限公司 | 利用多束超快激光制作衍射光学器件的方法 |
| CN110597014A (zh) * | 2019-10-16 | 2019-12-20 | 东南大学 | 一种基于双光子吸收效应的光学定位及加工方法 |
-
2022
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202886658U (zh) * | 2012-09-24 | 2013-04-17 | 美泰普斯光电科技（大连）有限公司 | 一种半导体激光发射器与透镜的耦合装配体 |
| CN105751511A (zh) * | 2016-04-20 | 2016-07-13 | 清华大学深圳研究生院 | 双光子聚合3d打印机及打印方法 |
| CN109483774A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-03-19 | 英诺激光科技股份有限公司 | 一种利用双光子吸收聚合加工光学模具的方法 |
| CN109917619A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-21 | 史强 | 一种双光子聚合有机硅光刻胶组合物及其固化方法 |
| CN110244509A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-09-17 | 英诺激光科技股份有限公司 | 利用超快激光双光子聚合制作衍射光学器件的方法 |
| CN110346857A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-18 | 英诺激光科技股份有限公司 | 利用多束超快激光制作衍射光学器件的方法 |
| CN110597014A (zh) * | 2019-10-16 | 2019-12-20 | 东南大学 | 一种基于双光子吸收效应的光学定位及加工方法 |
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