CN117192666B - 片上自由曲面反射透镜及其形成方法、光电子器件 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及片上自由曲面反射透镜及其形成方法、光电子器件。本公开实施方式提供一种用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，该方法包括：形成堆叠于衬底层的具有入射端、反射面及出射端的波导层，入射端和反射面沿垂直于堆叠方向的第一方向相对设置，反射面和出射端沿垂直于堆叠方向的第二方向相对设置，反射面用于将从入射端入射的光反射向出射端，其中，形成反射面的步骤包括：形成形状为自由曲面的反射面，且反射面用于将处在由第一方向和第二方向限定的面内的光聚焦；及形成覆盖波导层和衬底层的上包层。该方法所形成的片上自由曲面反射透镜能够反射光并能够实现聚焦，由于改变了光的传播方向，在提高聚焦效率的同时减小了透镜尺寸。
Description
技术领域
本公开涉及微纳光电子元器件技术领域，特别是涉及片上自由曲面反射透镜及其形成方法、光电子器件。
背景技术
随着无人驾驶、虚拟现实、增强现实等技术的快速发展，对光学传感器、成像设备等微型化光学元件的需求逐渐增加，出现了超透镜，实现了芯片级的微型化透镜。
超透镜又称超构透镜，是一种二维平面透镜结构，是由超表面(具有亚波长厚度的平面二维超材料)聚焦光的光学元件制成。超透镜能够将光聚焦或折射，实现对光信号的检测、成像等功能。
然而，在微型化光学元件的进程中，目前的超透镜聚焦效率较低并且尺寸上也不占据优势。
发明内容
基于此，有必要针对光学元件聚焦效率较低并且尺寸上也不占据优势的问题，提供一种片上自由曲面反射透镜及其形成方法、光电子器件。
本公开实施方式提供一种用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，该方法包括：形成堆叠于衬底层的具有入射端、反射面及出射端的波导层，入射端和反射面沿垂直于堆叠方向的第一方向相对设置，反射面和出射端沿垂直于堆叠方向的第二方向相对设置，反射面用于将从入射端入射的光反射向出射端，其中，形成反射面的步骤包括：形成形状为自由曲面的反射面，且反射面用于将处在由第一方向和第二方向限定的面内的光聚焦；及形成覆盖波导层的上包层。
本公开实施方式提供的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法能够获得片上自由曲面反射透镜，该方法形成了用于传输光的波导层，且实现了形状为自由曲面的反射面。该方法能够与传统微纳加工技术兼容。该方法所形成的片上自由曲面反射透镜能够反射光并能够实现聚焦，由于改变了光的传播方向，在提高聚焦效率的同时减小了透镜尺寸。
在一些实施方式中，形成反射面的步骤包括：形成被垂直于堆叠方向的面截取的自由曲线，自由曲线包括依次连接的多个圆弧段。
该方法中可通过多个依次连接的圆弧段拼接成自由曲线，自由曲线的不同曲率便于改变不同位置反射光的传播方向从而提高光的聚焦效率。
在一些实施方式中，由出射端向入射端，自由曲线的曲率半径逐渐减小；圆弧段的弧度相同。
该方法中圆弧段的弧度相同，通过逐渐减小由出射端向入射端的自由曲线的曲率，使得入射光由出射端向入射端的反射角度逐渐增大，有利于反射光聚焦至一点，从而提高光的聚焦效率。自由曲线的曲率半径逐渐减小便于透镜尺寸的减小。
在一些实施方式中，形成聚光效率大于90％的反射面。
该方法提高了光通过圆弧段的反射后的聚焦效率。
在一些实施方式中，形成反射面的步骤包括：形成曲率半径不同的多个圆弧柱面，圆弧柱面平行于堆叠方向。
该方法中通过形成反射光平行于堆叠方向的曲率半径不同的多个圆弧柱面，入射光通过多个圆弧柱面后在波导层的空间内形成反射光，有利于提高多个不同方向的反射光的聚焦效率，同时减小了透镜尺寸。
本公开实施方式还提供一种片上自由曲面反射透镜，包括衬底层、堆叠于衬底层的波导层、及覆盖波导层的上包层；波导层具有入射端、反射面及出射端，入射端和反射面沿垂直于堆叠方向的第一方向相对设置，反射面和出射端沿垂直于堆叠方向的第二方向相对设置，反射面用于将从入射端入射的光反射向出射端；反射面的形状为自由曲面，反射面被配置为：将处在由第一方向和第二方向限定的面内的光聚焦。
本公开实施方式提供的片上自由曲面反射透镜，使用时入射光通过入射端进入片上自由曲面反射透镜，经过反射面的反射和聚焦功能，会将由第一方向和第二方向限定的面内的光聚焦，改变光传播方向、提高了聚焦效率。此外，该片上自由曲面反射透镜具有大数值孔径的特性。
在一些实施方式中，反射面包括被垂直于堆叠方向的面截取的自由曲线，自由曲线包括依次连接的多个圆弧段。
本公开实施方式提供的片上自由曲面反射透镜，反射面上截取的自由曲线包括了多个依次连接的圆弧段，便于反射光聚焦的同时减小了透镜尺寸。
在一些实施方式中，由出射端向入射端，自由曲线的曲率半径逐渐减小；圆弧段的弧度相同。
通过设置曲率半径规律变化的自由曲线，弧度相同的圆弧段由出射端向入射端逐渐减小，便于反射光聚焦，提高了聚焦效率的同时减小了透镜尺寸。
在一些实施方式中，反射面包括曲率半径不同的多个圆弧柱面，圆弧柱面平行于堆叠方向；反射面的聚光效率大于90％。
通过设置曲率半径不同的多个圆弧柱面，使得反射面平行于堆叠方向布置，有利于提高多个不同方向的反射光的聚焦效率，同时减小了透镜尺寸。
本公开实施方式还提供一种光电子器件，包括上述的片上自由曲面反射透镜。
本公开实施方式提供的光电子器件，具有尺寸小且聚焦效率高的优点；加速了微型化光学元件的进程。
附图说明
图1为本公开实施方式提供的片上自由曲面反射透镜的结构示意图；
图2为本公开实施方式提供的波导层中光反射聚焦示意图；
图3为本公开实施方式提供的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法的流程框图；
图4为本公开实施方式提供的反射面的形成示意图；
图5为本公开实施方式提供的第一实施例的片上自由曲面反射透镜的光场分布模拟图；
图6为本公开实施方式提供的第一实施例的片上自由曲面反射透镜的X方向上的场强变化曲线示意图；
图7为本公开实施方式提供的第一实施例的片上自由曲面反射透镜的Y方向上的场强变化曲线示意图；
图8为本公开实施方式提供的第二实施例的片上自由曲面反射透镜的光场分布模拟图；
图9为本公开实施方式提供的第二实施例的片上自由曲面反射透镜的X方向上的场强变化曲线示意图；
图10为本公开实施方式提供的第二实施例的片上自由曲面反射透镜的Y方向上的场强变化曲线示意图；
图11为本公开实施方式提供的光电子器件的结构框图。
附图标记说明：100、片上自由曲面反射透镜；10、衬底层；20、波导层；21、入射端；211、入射光；22、反射面；221、自由曲线；2211、圆弧段；22111、第一圆弧段；22112、第二圆弧段；22113、第三圆弧段；23、出射端；231、反射光；24、焦点；30、上包层；200、光源；300、光电子芯片；400、光电子器件。
具体实施方式
为使本公开实施方式的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本公开实施方式的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开实施方式。但是本公开实施方式能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本公开实施方式内涵的情况下做类似改进，因此本公开实施方式不受下面公开实施方式的具体实施例的限制。
在本公开实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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公开实施方式和简化描述，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公开实施方式的限制。
在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，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至少一个该特征。示例性地，第一圆弧段也可被称作第二圆弧段，第二圆弧段也可被称作第一圆弧段。示例性地，入射端可作为出射端，出射端可作为入射端。在本公开实施方式的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是柔性连接，也可以是沿至少一个方向的刚性连接；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，或者使直接相连同时存在中间媒介，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。术语“安装”、“设置”、“固定”等可以广义理解为连接。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公开实施方式中的具体含义。
本文中所使用的，术语“层”、“区”指代包括具有一定厚度的区域的材料部分。层能够水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。层能够是均匀或不均匀连续结构的区域，其垂直于延伸方向的厚度可不大于连续结构的厚度。层能够包括多个层，可以是堆叠的多个层，也可以是离散地延伸的多个层。附图中各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性地，实际可能因制造公差或技术限制而有所偏差，并可根据实际需求而调整设计。
随着无人驾驶、虚拟现实、增强现实等技术的快速发展，对光学传感器、成像设备等微型化光学元件的需求逐渐增加，出现了超透镜，实现了芯片级的微型化透镜。
超透镜又称超构透镜，是一种二维平面透镜结构，是由超表面(具有亚波长厚度的平面二维超材料)聚焦光的光学元件制成。超透镜能够将光聚焦或折射，实现对光信号的检测、成像等功能。
然而，在微型化光学元件的进程中，目前的超透镜聚焦效率较低并且尺寸上也不占据优势。
参阅图1，图1示出了本公开实施方式提供的片上自由曲面反射透镜。本公开实施例提供的片上自由曲面反射透镜100包括衬底层10、波导层20及上包层30。
波导层20堆叠于衬底层10。示例性地，衬底层10、波导层20及上包层30沿Z轴方向堆叠。
参阅图2，图2示出了本公开实施例中的波导层20的光的反射聚焦光路。片上自由曲面反射透镜100的波导层20具有入射端21、反射面22及出射端23，入射端21和反射面22沿垂直于堆叠方向的第一方向相对设置，反射面22和出射端23沿垂直于堆叠方向的第二方向相对设置，反射面22用于将从入射端21入射的光反射向出射端23；反射面22的形状为自由曲面，反射面22被配置为：将光在由第一方向和第二方向限定的面内聚焦。
第一方向交叉于第二方向。示例性地，第一方向为Y轴方向，第二方向为X轴方向。图2中所示的入射光211可以平行地入射进片上自由曲面反射透镜100，沿第一方向从入射端21进入波导层20；入射光211到达反射面22后，经过自由曲面形状的反射面22反射向出射端23；反射光231可会聚于焦点24处。
上包层30的一部分堆叠于波导层20，另一部分可围绕波导层20的周侧，例如上包层30可围绕在反射面22的外侧。上包层30需避开预设光路区域，若入射端21全部为进光区域，则上包层30避开入射端21设置。上包层30覆盖波导层20，并可覆盖衬底层10的至少一部分。参阅图1，示例性地，若入射端21的上部为进光区域，则上包层30可以覆盖入射端21的下部非进光区域但需要避开入射端21的上部进光区域。
本公开实施方式提供的片上自由曲面反射透镜100，入射光通过入射端21进入片上自由曲面反射透镜100，经过反射面22的反射和聚焦功能，光会在由第一方向和第二方向限定的面内聚焦，改变光路传播方向、提高了聚焦效率。
波导层20的折射率大于衬底层10的折射率，且大于上包层30的折射率。示例性地，衬底层10的材料为二氧化硅。波导层20的材料为硅。上包层30的材料为二氧化硅。
在一些实施方式中，上包层30为空气。可以理解的是，上包层可以是射率低于硅的材料。
示例性地，衬底层10的厚度为3μm，波导层20的厚度为220nm，上包层30的厚度为1.2μm。衬底层10、波导层20及上包层30的厚度可以根据需要而设置，保证波导层20能够传输所需波长的光。
参阅图3，图3示出了用于形成片上自由曲面反射透镜的方法。示例性地，该用于形成片上自由曲面反射透镜的方法1000可以是设计片上自由曲面反射透镜100的方法。在另一些实施例中，该方法1000可以是制造片上自由曲面反射透镜100的方法。
在一些实施方式中，用于形成片上自由曲面反射透镜的方法1000包括步骤S102和步骤S103。
示例性地，该方法1000包括步骤S101：形成衬底层10。示例性地，衬底层10可以利用化学气相沉积等工艺形成于晶圆上。
步骤S102，形成波导层20。波导层20堆叠于衬底层10，波导层20具有入射端21、反射面22及出射端23，入射端21和反射面22沿垂直于堆叠方向的第一方向相对设置，反射面22和出射端23沿垂直于堆叠方向的第二方向相对设置，反射面22用于将从入射端21入射的光反射向出射端23，形成的反射面22的形状为自由曲面，反射面22用于将处在由第一方向和第二方向限定的面内的光聚焦。
步骤S103，形成上包层30。上包层30覆盖波导层20，并可覆盖衬底层10的至少一部分。
参阅图4，图4示出了本公开实施例中的反射面22的形成步骤。在一些实施方式中，形成反射面22的步骤包括：形成被垂直于堆叠方向的面截取的自由曲线221，自由曲线221包括依次连接的多个圆弧段2211。
示例性地，自由曲线221可以由N个半径不同、圆心角分别为θ1、θ2、θ3……θN的圆弧依次拼接而成，相邻圆弧的半径差值为其中m、j为非负整数，i的取值取决于当前圆弧的序号。在另一些实施方式中，自由曲线221中也可包括其他曲线段。
示例性地，相邻两个圆弧相切。如图3所示，以平行于x轴方向的线段O1A1作为起始，线段O1A1以点O1为圆心，逆时针旋转θ1角度后，来到O1A2处。圆弧为自由曲面的第一组成部分称为第一圆弧段22111，∠A1O1A2为第一圆弧夹角，其数值等于θ1。
在线段O1A2上截取线段O2A2以点O2为圆心，逆时针旋转θ2角度后，来到O2A2处。圆弧/>为自由曲面的第二组成部分称为第二圆弧段22112，∠A2O2A3为第二圆弧夹角，其数值等于θ2。
在线段O2A3上截取线段O3A3以点O3为圆心，逆时针旋转θ3角度后，来到O3A4处。圆弧/>为自由曲面的第三组成部分称为第三圆弧段22113，∠A3O3A4为第三圆弧夹角，其数值等于θ3。
以此类推，最后，在线段ON-1AN上截取线段ONAN以点ON为圆心，逆时针旋转θN角度后，来到ONAN+1处。圆弧/>为自由曲面的第N组成部分成为第N圆弧段2211，∠ANONAN+1为第N圆弧夹角，其数值等于θN。
该方法中可通过多个依次连接的圆弧段2211拼接成自由曲线221，自由曲线221的不同曲率便于改变不同位置处反射光231的路径从而提高光的聚焦效率。起始线段O1A1也可以不平行于x轴。
在一些实施方式中，由出射端23向入射端21，自由曲线221的曲率半径逐渐减小。线段O2A2比线段O1A1短，线段O3A3比线段O2A2短。圆弧段2211的弧度即圆弧夹角相同。
该方法中圆弧段2211的弧度相同，通过逐渐减小由出射端23向入射端21的自由曲线221的曲率，使得入射光211由出射端23向入射端21的反射角度逐渐增大，有利于反射光231聚焦至一点，从而提高光的聚焦效率。自由曲线221的曲率半径逐渐减小便于透镜尺寸的减小。
示例性地，当m＝0，θ1、θ2、θ3……θN均为同一个角度，K0＝0时，自由曲线221的曲率半径逐渐减小。在其他实施例中，当m不为0时，自由曲线221的曲率半径可能会先增加再减小或者先减小再增加。
本公开实施方式提供的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，将自由曲面建立时各点曲率的优化问题简化为方程参数的优化，便于应用逆向设计算法(如粒子群优化算法)进行设计优化。
在一些实施方式中，形成所述依次连接的多个圆弧段2211的步骤包括：多个圆弧段2211反射光后满足聚焦效率大于90％。该方法提高了光通过圆弧段2211的反射后的聚焦效率。
示例性地，可以设定N、m、θ1、θ2、θ3……θN的值，完成片上自由曲面反射透镜100模型的构建。固定入射光和焦点24的位置，在焦点24处设置平行于X方向的场强监控器M1和平行于Y方向的场强监控器M2。场强监控器M1和场强监控器M2所监控到的最大场强值分别记作E_max1和E_max2。此外，将场强监控器M1中场强大于等于0.5*E_max1范围内平行于X方向的长度记作span1，将场强监控器M2中场强大于等于0.5*E_max2范围内平行于Y方向的长度记作span2，即span1和span2分别为场强监控器M1和场强监控器M2监控到的场强谱线半高宽。要实现片上自由曲面反射透镜100的聚光效率高、数值孔径大，则需要E_max1和E_max2尽可能大，span1和span2尽可能小。因此定义评价函数FOM＝E_max1+E_max2-span1-span2来描述透镜的性能，FOM越大，则片上自由曲面反射透镜100性能越好。
片上自由曲面反射透镜100的建模、场强监控器的设置、品质因子FOM的计算、比较、粒子群优化算法的应用均可采用光学仿真软件Lumerical中的三维有限时域差分(3D-FDTD)功能的环境下实现。
在一个实施例中，设置入射光的宽度为20μm，入射光的波长为1550nm，O1A1的长度设置为80μm，所有的圆弧夹角数值都为1°，N取值为200，m取值为1，即第1个和第2个圆弧间半径差值为K111+K010，第2个和第3个圆弧间半径差值为K121+K020，第3个和第4个圆弧间半径差值为K131+K0 30......第N-1个和第N个圆弧间半径差值为K1(N-1)1+K0(N-1)0，并取K0＝0。满足多个圆弧段2211反射光后聚焦效率大于90％，利用模拟软件最终优化得到的参数K1取值为-0.008μm。
参阅图5、图6及图7，图5示出了第一实施例中的片上自由曲面反射透镜100的光场分布模拟图。可以理解的是，模拟过程中N取的是200，而图5只选取了90°范围内曲面作为示意。由图5可以看出光主要汇聚的位置为焦点，参阅图2，焦点24位于反射面22和出射端23之间，且光的聚焦存在一定的不对称性并伴随着损耗。图6示出了第一实施例场的片上自由曲面反射透镜100的X方向上的场强变化曲线。由图中可以得到该场强变化曲线的沿X方向的半高宽为1.4μm，图7示出了第一实施例的片上自由曲面反射透镜100的沿Y方向的场强变化曲线，由图中可以得到该场强变化曲线的沿Y方向的半高宽为5.7μm。
第一实施例的片上自由曲面反射透镜100中，反射面22的曲面形状能满足较好的反射聚焦，实现片上自由曲面反射透镜100的高聚焦效率。
在一个实施例中，设置入射光的宽度为40μm，入射光的波长仍为1550nm，O1A1的长度设置为80μm，所有的圆弧夹角数值都为1°，N取值为200，j取值为m，则第1个和第2个圆弧间半径差值为K212+K111+K010，第2个和第3个圆弧间半径差值为K222+K121+K020，第3个和第4个圆弧间半径差值为K232+K131+K030......第N-1个和第N个圆弧间半径差值为K2(N-1)2+K1(N-1)1+K0(N-1)0，并取K0＝0。满足多个圆弧段2211反射光后聚焦效率大于90％，利用模拟软件最终优化得到的参数K1取值为0.029μm，K2取值为-0.0037μm。
在另一些实施方式中，可利用外延工艺及/或刻蚀工艺等在衬底层10上形成预设厚度的波导层20。
参阅图8、图9及图10，图8示出了第一实施例中的片上自由曲面反射透镜100的光场分布模拟图。可以理解的是，模拟过程中N取的是200，而图8只选取了90°范围内曲面作为示意。由图8可以看出光主要汇聚的位置为焦点，参阅图2，焦点24位于反射面22和出射端23之间，且光的聚焦存在一定的不对称性并伴随着损耗。图9示出了第二实施例场的片上自由曲面反射透镜100的X方向上的场强变化曲线。由图中可以得到该场强变化曲线的沿X方向上的半高宽为1.3μm，图10示出了第二实施例的片上自由曲面反射透镜100的Y方向上的场强变化曲线，由图中可以得到该场强变化曲线的沿Y方向上的半高宽为2.1μm。
第二实施例的曲面形状能满足较好的反射聚焦，实现片上自由曲面反射透镜100的高聚焦效率。
可以理解的是，入射光的宽度、入射光的波长、O1A1的长度、圆弧夹角数值、N的取值、m的取值以及K0的取值都会影响到片上自由曲面反射透镜100的聚焦效率，只要多个圆弧段2211反射光后满足聚焦效率大于90％即可。可以根据实际情况调整各个参数进行多个圆弧段2211的模拟。
在一些实施方式中，形成反射面22的步骤包括：形成曲率半径不同的多个圆弧柱面，圆弧柱面平行于堆叠方向。
该方法中通过形成反射光231平行于堆叠方向的曲率半径不同的多个圆弧柱面，入射光通过多个圆弧柱面后在波导层20的空间内形成反射光231，有利于提高多个不同方向的反射光231的聚焦效率，同时减小了透镜尺寸。
在一些实施方式中，用于形成片上自由曲面反射透镜的方法1000可与传统微纳加工技术兼容。可通过沉积工艺例如化学气相沉积形成衬底层10。可通过外延生长工艺形成波导层20，例如通过原子层沉积形成预制波导层，然后利用光刻工艺形成图形化的波导层20。可利用沉积工艺形成上包层30。
如图11所示，本公开实施方式还提供一种光电子器件400，包括上述的片上自由曲面反射透镜100。
示例性地，光电子器件400还包括入射光通道(未示出)和出射光通道(未示出)，入射光通道耦合于片上自由曲面反射透镜100的入射端21，出射光通道耦合于片上自由曲面反射透镜100的出射端23。
本公开实施方式提供的光电子器件，具有尺寸小且聚焦效率高的优点，加速了微型化光学元件的进程。
在一些实施方式中，光电子器件400还包括光源200和光电子芯片300，光源200产生的光入射片上自由曲面反射透镜100，光电子芯片300检测片上自由曲面反射透镜100聚焦的光信号并将其转换为电信号，实现了光电转换和控制，光电子器件400微型化程度更高。
以上公开的各实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上公开的实施例中，除非另有明确的规定和限定，否则不限制各步骤的执行顺序，例如可以并行执行，也可以不同次序地先后执行。各步骤的子步骤还可以交错地执行。可以使用上述各种形式的流程，还可重新排序、增加或删除步骤，只要能够实现本公开实施方式提供的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
以上公开的实施例仅表达了本发明创造的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造的专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造要求的专利保护范围。因此，本发明创造的专利保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，其特征在于，包括：
形成堆叠于衬底层的具有入射端、反射面及出射端的波导层，所述入射端和所述反射面沿垂直于堆叠方向的第一方向相对设置，所述反射面和所述出射端沿垂直于所述堆叠方向的第二方向相对设置，所述反射面用于将从所述入射端入射的光反射向所述出射端，其中，
形成所述反射面的步骤包括：
通过定义评价函数FOM，形成被垂直于所述堆叠方向的面截取的自由曲线，其中，所述自由曲线包括依次连接的多个圆弧段，所述圆弧段的弧度相同，相邻所述圆弧段的半径差值为：，其中m、j为非负整数，i的取值取决于当前圆弧的序号；及
形成形状为自由曲面的所述反射面，包括：根据所述自由曲线，形成曲率半径不同的多个圆弧柱面，所述圆弧柱面平行于所述堆叠方向；所述反射面用于将处在由所述第一方向和所述第二方向限定的面内的光聚焦；及
形成覆盖所述波导层的上包层。
2.根据权利要求1所述的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，其中，由所述出射端向所述入射端，所述自由曲线的曲率半径逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法，其中，形成聚光效率大于90%的反射面。
4.片上自由曲面反射透镜，其特征在于，根据如权利要求1至3中任一项所述的用于形成片上自由曲面反射透镜的方法的步骤得到；
所述片上自由曲面反射透镜包括：衬底层、堆叠于所述衬底层的波导层、及覆盖所述波导层的上包层；
所述波导层具有入射端、反射面及出射端，所述入射端和所述反射面沿垂直于堆叠方向的第一方向相对设置，所述反射面和所述出射端沿垂直于所述堆叠方向的第二方向相对设置，所述反射面用于将从所述入射端入射的光反射向所述出射端；
所述反射面的形状为自由曲面，所述反射面被配置为：将处在由所述第一方向和所述第二方向限定的面内的光聚焦。
5.根据权利要求4所述的片上自由曲面反射透镜，其中，所述反射面包括曲率半径不同的多个圆弧柱面，所述圆弧柱面平行于所述堆叠方向。
6.光电子器件，其特征在于，包括如权利要求4或5所述的片上自由曲面反射透镜。
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