一种基于超表面的轻小型相机制造技术

本实用新型专利技术属于相机技术领域，具体涉及一种基于超表面的轻小型相机，本实用新型专利技术的基于超表面的轻小型相机包括超表面结构、焦平面和探测器；工作时候，当被测物的光学信息经过相机的超表面结构成像在其焦平面上，利用探测器的光敏像元接收成像信息，经过探测器后端一系列处理，实现光信号

【技术实现步骤摘要】
一种基于超表面的轻小型相机


[0001]本技术属于相机
，具体涉及一种基于超表面的轻小型相机。

技术介绍

[0002]超表面是将晶胞单元结构在二维平面上进行周期性地排列，与超材料相比，在工艺流程方面，难度大大降低。除此之外，超材料是通过材料空间上带来相位的累积，而超表面对电磁波的调控则是在结构单元两侧所发生的一个相位突变的状况，以此来实现对电磁波振幅、相位、偏振等特性的调控。对比三维超材料，二维超表面具有以下几个特性：（1）超表面是亚波长结构，相比超材料而言，体积更加小型化，损耗更低，有利于光电系统的集成；（2）加工难度相较于超材料而言降低许多，能够实现很多超表面功能器件的工艺加工并且可以实现柔性材料的加工，即在PI（Polyimide/聚酰亚胺）膜等柔性材料上镀金属。与传统的光学元件相比，超表面摒弃了光程积累来实现相位的变化，选择基于广义的斯涅耳定律，在两种介质的交叉界面上引入一个不连续的相位分布，再选择合适的相位梯度，灵活高效地调控电磁波的相位、振幅以及偏振等特性，从而引起奇异的电磁现象。
[0003]如图1所示，当 的时候，我们认为光线ADB与光线AEB所经过的路程无限接近，此时他们之间的相位差为0，则
[0004]ꢀꢀꢀꢀꢀ
式（1.1）
[0005]其中，（为真空中的波长），、分别为入射界面和透射界面的折射率，、分别为入射角与折射角，是界面上两点之间的距离。和分别是两条光路通过界面时，因为相位不连续所产生的相位变化。
[0006]式（1.1）可以表示为
[0007]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（1.2）
[0008]其中被称为界面处的相位梯度，此时将其假定为一个定值，通过对相位梯度进行调控，可以操控异常折射光束的传播方向，式（1.2）即广义的斯涅耳折射定律。
[0009]如图2所示，与广义的斯涅耳折射定律类似，当的时候，我们认为光线AGC与光线AHC所经过的路程无限接近，此时他们之间的相位差为0，则
[0010]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（1.3）
[0011]其中，（为真空中的波长），为入射界面和反射界面的折射率，、分别为入射角与反射角，是界面上两点之间的距离。和分别是两条光路到达界面时，因为相位不连续所产生的相位变化。
[0012]式（1.3）可以表示为
[0013]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式（1.4）
[0014]类似的，为界面处的相位梯度，通过控制其大小，可操控异常反射光束的传播角度，也可以通过改变超表面的材料来改变折反射的相位梯度，从而对异常折反射光束传播的任意方向进行调控。式（1.4）即广义的斯涅耳反射定律，式（1.2）、（1.4）统称广义斯涅耳定律。
[0015]Pancharatnam
‑
Berry（PB）相位，也就是当左旋圆偏振光入射超表面时，会产生部分与入射光手性相同的左旋圆偏振光，以及我们想要的、与入射光手性相反的右旋圆偏振光，并且会产生一个的相位变化，反之亦然。基于广义斯涅耳定律，利用PB相位，我们则可以通过旋转晶胞单元结构实现对相位的调制，其中每一个晶胞单元结构相当于一个半波片，可看成一个电偶极子，实现异常折反射。
[0016]现有技术中，超表面单元结构和基底为两种不同材料的制成，且该技术通过大小不一的椭圆形构成超表面单元结构，利用超表面结构对不同波长的光产生不同的相位分布，使不同波长聚焦在光电探测器阵列表面的不同位置实现分光和成像功能，该技术在实际生产中操作复杂，返工率高，且不能实现超聚焦。

技术实现思路

[0017]本技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种基于超表面的轻小型相机，该基于超表面的轻小型相机在二维聚焦公式的基础上，只需要通过旋转孔径角度，便可实现光束的分束，偏折，能量调控，本技术采用超表面结构代替了最初的望远镜系统，通过不同焦距的设置，可以在焦平面处实现不同距离的光学成像，本技术的内容如下：
[0018]本技术的第一个目的在于提供一种基于超表面的轻小型相机，其技术点在于，包括超表面结构、焦平面和探测器；
[0019]所述超表面结构用于处理被测物的光学信息；
[0020]所述焦平面用于接收经过超表面结构后的成像信息；
[0021]所述探测器用于接收经过超表面结构后的图像信息；
[0022]所述超表面结构由基底和超表面单元结构构成，所述超表面单元结构沿X轴、Y轴方向以周期A排列组成，所述超表面结构每个周期内超表面单元结构的旋转角度由以下公式聚焦相位公式确定：
[0023]；
[0024]其中，为聚焦相位，x为X轴坐标，y为Y轴坐标，f为焦距，为入射光的波长。
[0025]优选的，所述超表面结构的材料为介质硅。
[0026]优选的，所述超表面单元结构的长为80
‑
90μm、宽为40
‑
50μm、厚为400
‑
600μm的长方体，超表面单元结构的周期A为100
‑
120μm。
[0027]优选的，述超表面单元结构的长为85μm、宽为45μm、厚为500μm的长方体，超表面单元结构的周期A为110μm。
[0028]优选的，所述基底的厚度为400
‑
600μm。
[0029]优选的，所述基底的厚度为500μm。
[0030]本技术的第二个目的在于提供一种超表面结构的制备方法，其技术点在于，包括以下步骤：
[0031]步骤一，以下列公式确定超表面结构上所有超表面单元结构的聚焦相位；
[0032]；
[0033]其中，为聚焦相位，x为X轴坐标，y为Y轴坐标，f为焦距，为入射光的波长；
[0034]步骤二，根据步骤一中超表面单元结构的聚焦相位计算每个超表面单元结构的旋转角度，绘制二维效果图；
[0035]步骤三，根据步骤二的二维效果图采用深硅刻蚀的方式制作出超表面结构，所述超表面结构具有透镜功能。
[0036]优选的，所述步骤三中深硅刻蚀的工艺参数指标为：工作温度为0
‑
80℃。
[0037]优选的，所述步骤三中深硅刻蚀的工艺参数指标为：侧壁垂直度为89
°±1°
。
[0038]优选的，所述步骤三中深硅刻蚀的工艺参数指标为：工艺气体为He、SF6、C4F8、O2和Ar中的至少一种。
[0039]优选的，所述步骤三中深硅刻蚀的工艺参数指标为：ICP功率为0
‑
3000W。
[0040]优选的，所述步骤三中深硅刻蚀的工艺参数指标为：RF功率为0
‑
300W。
[0041]与现有技术相比，本技术的基于超表面的轻小型相机有益效果为：
[0042]本技术的基于超表面的轻小型相机利用其中超表面结构由基底和超表面单元结构构成，在二维聚焦公式的基础上，只需要通过旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超表面的轻小型相机，其特征在于，包括超表面结构、焦平面和探测器；所述超表面结构用于处理被测物的光学信息；所述焦平面用于接收经过超表面结构后的成像信息；所述探测器用于接收经过超表面结构后的图像信息；所述超表面结构由基底和超表面单元结构构成，所述超表面单元结构沿X轴、Y轴方向以周期A排列组成，所述超表面结构每个周期内超表面单元结构的旋转角度由以下公式聚焦相位公式确定：；其中，为聚焦相位，x为X轴坐标，y为Y轴坐标，f为焦距，为入射光的波长。2.根据权利要求1所述的一种基于超表面的轻小型相机，其特征在于，所述超表面结构的材料为介质硅。3.根据权利要求1所述的一种基于超表面的轻小型相机，其特征在于，所述超表面单元结构的长...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振，刘银年，孙德新，姚明亮，许本有，毛维涛，姚冰双，
申请(专利权)人：南通智能感知研究院，
类型：新型
国别省市：