CN117146973A - 一种消球差大面阵探测器、消球差方法及探测器制作方法 - Google Patents
一种消球差大面阵探测器、消球差方法及探测器制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种消球差大面阵探测器、消球差方法及探测器制作方法，探测器包括大面阵探测器主体、隔离层、微纳结构和保护层，微纳结构包括微纳消球差层和微纳消球差透镜，隔离层的一端与大面阵探测器主体的表面连接，隔离层的另一端与微纳消球差层的一端连接；微纳消球差层的另一端设置有多个隔离沟槽，隔离沟槽的位置与大面阵探测器主体中像元的位置对应，两隔离沟槽之间的凸起部分刻蚀加工有多个微纳消球差透镜，不同孔径角位置处的微纳消球差透镜的曲率不同，保护层与微纳消球差层和微纳消球差透镜连接，本发明减小了光学系统重量与体积，便于安装调节，提高了抗机械振动的能力与温度稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种消球差大面阵探测器、消球差方法及探测器制作方法。
背景技术
探测器的成像质量受光学镜头影响，成像透镜产生的球差直接影响成像质量，球差是由透镜面形引发的一种成像缺陷，一旦存在球差，像点就将变成从中心到边缘能量逐渐减弱的弥散斑，从而影响探测器成像清晰度和分辨率。目前，常用的消球差方法主要有两种，一种是利用正负透镜组合校正球差，还有一种是利用非球面透镜来消球差。前者增加了成像透镜的数量和重量，使探测器体积变大，且受振动影响较大，温度稳定性差；后者镜片加工难度大，成本高，且受温度、振动影响明显，不易于集成。同时两种方法均难以消除材料本身存在色散对成像质量的影响。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种消球差大面阵探测器、消球差方法及探测器制作方法。
一种消球差大面阵探测器，包括大面阵探测器主体、隔离层、微纳结构和保护层；
所述微纳结构包括微纳消球差层和微纳消球差透镜，所述隔离层的一端与大面阵探测器主体的表面连接，所述隔离层的另一端与微纳消球差层的一端连接；微纳消球差层的另一端设置有多个隔离沟槽，隔离沟槽的位置与大面阵探测器主体中像元的位置对应，两隔离沟槽之间的凸起部分刻蚀加工有与每个像元对应的微纳消球差透镜，不同孔径角位置处的微纳消球差透镜的曲率半径不同，保护层与微纳消球差层和微纳消球差透镜连接。
进一步，所述隔离层的为SiC层，SiC层的厚度为300nm。
进一步，所述微纳消球差层的材料为N型硅，其厚度为100μm。
进一步，其特征在于，所述N型硅具体为：在硅中掺杂浓度高于2×1020/cm3的磷。
进一步，所述隔离沟槽的宽度为10μm，深度为50μm。
进一步，所述保护层为Al2O3层，Al2O3层的厚度为中心波长的1/4。
本发明还包括一种基于上述任一项所述的消球差大面阵探测器的消球差方法，具体为：成像物点发出的不同孔径角的光线经保护层入射至微纳消球差透镜，由于不同孔径角对应的像元位置处的微纳消球差透镜的曲率不同，这使得不同孔径角对应的像元位置处的微透镜对入射光的偏折角度不同，从而消除球差，在这一过程中，也可根据实际情况通过电调制的方式对微纳消球差透镜进行调节。
本发明还包括一种上述所述的消球差大面阵探测器的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：在大面阵探测器主体的工作端外延厚度为300nm的SiC层作为隔离层；
步骤二：采用PECVD技术在隔离层的基础上沉积一层厚度为100μm的N型硅层；
步骤三：在N型硅层上且与大面阵探测器主体中像元对应的位置处刻蚀宽度为10μm，深度为50μm的隔离沟槽用于微纳消球差透镜的定位；
步骤四：根据不同孔径角的入射光并通过光路计算，确定出探测器不同孔径角像元位置处的球差大小，根据不同孔径角像元位置处的球差大小设计出多个微纳消球差透镜的面型，并在微纳消球差层上两隔离沟槽之间的凸起部分刻蚀加工出多个微纳消球差透镜；
步骤五：根据偏离光轴的位置，在每个微纳消球差透镜的外表面刻蚀出不同的曲率半径；
步骤六：在微纳消球差透镜的微纳层外部镀制厚度为1/4中心波长的Al2O3层，且Al2O3层还与微纳消球差层连接。
本发明技术方案通过将微纳结构集成到探测器上，并根据不同孔径角的入射光，通过光路计算，设计出不同单元处的成像透镜的面形，并根据偏离光轴的位置，在每个成像透镜的外表面刻蚀不同曲率的微纳层，使得不同像元处对入射光的偏折角度不同，从而抵消光线在聚焦透镜片不同投射高度的折射角度偏差，消除球差，本发明的技术方案减小了光学系统重量与体积，便于系统集成，便于安装调节，提高了抗机械振动的能力与温度稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图
图2为成像透镜上微纳层的示意图。
附图标记说明：
1-大面阵探测器主体；2-隔离层；3-微纳消球差层；
4-隔离沟槽；5-微纳消球差透镜；6-保护层；
7-微纳消球差透镜的截面。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参阅图1和图2，一种消球差大面阵探测器，包括大面阵探测器主体1、隔离层2、微纳结构和保护层6；
所述微纳结构包括微纳消球差层3和微纳消球差透镜5，所述隔离层2的一端与大面阵探测器主体1的表面连接，所述隔离层2的另一端与微纳消球差层3的一端连接，微纳消球差层3的另一端设置有多个隔离沟槽4，且隔离沟槽4的位置与大面阵探测器主体1中像元的位置对应，隔离沟槽4的位置与大面阵探测器主体1中像元的位置对应，两隔离沟槽4之间的凸起部分刻蚀加工有与每个像元对应的微纳消球差透镜5，不同孔径角位置处的微纳消球差透镜5表面的曲率半径不同，以消除成像透镜球形表面不同位置入射光的球差，保护层6与微纳消球差层3和微纳消球差透镜5连接，对元件起到保护作用。
本实施例中，所述隔离层2为的SiC层，SiC层的厚度为300nm，SiC具有很高的电阻率，因此导电性极弱，可以实现电学隔离；而且SiC在强电场和高温下不会出现形变、劣化等现象，因此能提高探测器抗干扰能力。
本实施例中，所述微纳消球差层3为的材料为N型硅，具体为：在硅中掺杂浓度高于2×1020/cm3的磷，微纳消球差层3的厚度为100μm，为修正球差提供足够的光学加工余量，同时高掺杂可实现光学常数的电调制，可消除材料本身的色散。
本实施例中，所述隔离沟槽4的宽度为10μm，深度为50μm。
本实施例中，所述保护层6为Al2O3层，Al2O3层的厚度为中心波长的1/4，Al2O3折射率为1.63，镀制单层光学厚度为1/4中心波长的Al2O3能够对光线起到增透作用，再加上Al2O3硬度高，能够同时对元件起到保护作用。
本发明还包括一种基于上述任一项所述的消球差大面阵探测器的消球差方法，具体为：成像物点发出的不同孔径角的光线经保护层6入射至微纳消球差透镜5，由于不同孔径角对应的像元位置处的微纳消球差透镜5的曲率不同，这使得不同孔径角对应的像元位置处的微透镜对入射光的偏折角度不同，从而消除球差，在这一过程中，也可根据实际情况通过电调制的方式对微纳消球差透镜5进行调节，提高各种环境变化中系统的稳定性，增强环境适应性，同时提高探测器的成像质量。
本发明还包括一种如上述所述的消球差大面阵探测器的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：在大面阵探测器主体1的工作端外延厚度为300nm的SiC层作为隔离层2；
步骤二：采用PECVD技术在隔离层2的基础上沉积一层厚度为100μm的N型硅层；
步骤三：在N型硅层上且与大面阵探测器主体1中像元对应的位置处刻蚀宽度为10μm，深度为50μm的隔离沟槽4用于微纳消球差透镜5的定位；
步骤四：根据不同孔径角的入射光并通过光路计算，确定出探测器不同孔径角像元位置处的球差大小，根据不同孔径角像元位置处的球差大小设计出多个微纳消球差透镜5的面型，并在微纳消球差层3上两隔离沟槽4之间的凸起部分刻蚀加工出多个微纳消球差透镜5；
步骤五：根据偏离光轴的位置，在每个微纳消球差透镜5的外表面刻蚀出不同的曲率半径；
步骤六：在微纳消球差透镜5的微纳层外部镀制厚度为1/4中心波长的Al2O3层，且Al2O3层还与微纳消球差层3连接。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种消球差大面阵探测器，其特征在于，包括大面阵探测器主体（1）、隔离层（2）、微纳结构和保护层（6）；
所述微纳结构包括微纳消球差层（3）和微纳消球差透镜（5），所述隔离层（2）的一端与大面阵探测器主体（1）的表面连接，所述隔离层（2）的另一端与微纳消球差层（3）的一端连接；微纳消球差层（3）的另一端设置有多个隔离沟槽（4），隔离沟槽（4）的位置与大面阵探测器主体（1）中像元的位置对应，两隔离沟槽（4）之间的凸起部分刻蚀加工有与每个像元对应的微纳消球差透镜（5），不同孔径角位置处的微纳消球差透镜（5）表面的曲率半径不同，保护层（6）与微纳消球差层（3）和微纳消球差透镜（5）连接。
2.根据权利要求1所述的消球差大面阵探测器，其特征在于，所述隔离层（2）的为SiC层，SiC层的厚度为300nm。
3.根据权利要求1所述的消球差大面阵探测器，其特征在于，所述微纳消球差层（3）的材料为N型硅，其厚度为100μm。
4.根据权利要求3所述的消球差大面阵探测器，其特征在于，所述N型硅具体为：在硅中掺杂浓度高于2×1020/cm3的磷。
5.根据权利要求1所述的消球差大面阵探测器，其特征在于，所述隔离沟槽（4）的宽度为10μm，深度为50μm。
6.根据权利要求5所述的消球差大面阵探测器，其特征在于，所述保护层（6）为Al2O3层，Al2O3层的厚度为中心波长的1/4。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的消球差大面阵探测器的消球差方法，其特征在于，具体为：成像物点发出的不同孔径角的光线经保护层（6）入射至微纳消球差透镜（5），由于不同孔径角对应的像元位置处的微纳消球差透镜（5）的曲率不同，这使得不同孔径角对应的像元位置处的微透镜对入射光的偏折角度不同，从而消除球差，在这一过程中，也可根据实际情况通过电调制的方式对微纳消球差透镜（5）进行调节。
8.一种如权利要求6所述的消球差大面阵探测器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在大面阵探测器主体（1）的工作端外延厚度为300nm的SiC层作为隔离层（2）；
步骤二：采用PECVD技术在隔离层（2）的基础上沉积一层厚度为100μm的N型硅层；
步骤三：在N型硅层上且与大面阵探测器主体（1）中像元对应的位置处刻蚀宽度为10μm，深度为50μm的隔离沟槽（4）用于微纳消球差透镜（5）的定位；
步骤四：根据不同孔径角的入射光并通过光路计算，确定出探测器不同孔径角像元位置处的球差大小，根据不同孔径角像元位置处的球差大小设计出多个微纳消球差透镜（5）的面型，并在微纳消球差层（3）上两隔离沟槽（4）之间的凸起部分刻蚀加工出多个微纳消球差透镜（5）；
步骤五：根据偏离光轴的位置，在每个微纳消球差透镜（5）的外表面刻蚀出不同的曲率半径；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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