光束雕刻组件的制作方法

本发明涉及使用光学相控阵的集成光子学、目标跟踪和测距、数据处理和遥感领域，更具体地，涉及具有堆叠相位掩模的光束雕刻组件，该堆叠相位掩模位于或集成到光束形成和操纵结构(例如，光学相控阵或焦平面开关阵列)上。

背景技术：

1、光子元件可用于形成和操纵光束，以及定义光束特性。光束特性可以具有光振幅、光学相位、偏振和光轨道角动量(oam)的空间和/或时间分布。例如，通过能够精确地定义光束的向量特性，可以实现自由空间收发器的oam信息承载光束的空间复用。可靠地定义和改变光束特性的能力在光探测和测距(lidar)系统和自由空间收发器等应用中特别有用。

2、使用相同的结构或一组结构/组件来同时形成、操纵和定义梁的特性，必然会带来权衡。通常在可见光、近波长和短波红外区域工作的已知光束形成和操纵结构包括由机械自由空间光学元件(例如，镜子、棱镜和透镜)、液晶和相变材料构成的光束发射器。直接从光束发射器(例如，从光学相控阵opa或焦平面开关阵列fpsa)定义光束特性可能很困难。光束发射器的优缺点，如视场和光斑尺寸，很难仅通过光束发射器的物理设计来同时解决。

3、chang等人在opt(2021年9月29日到期)中报道了一组使用焦平面开关阵列(fpsa)形成和操纵光束的光束发射结构的示例。chang等人公开了用于光束形成和导向的光子组件，该组件由三个主要组件组成：一组马赫-曾德光开关、微环发射器和超透镜。chang等人的超透镜是fpsa中用于光束形成和操纵的组成部分。每个组件都是光束操纵的必要条件，没有它们就无法进行光束操纵。光学开关决定了被激活的微环发射器。来自激活的微环发射器的光束被超透镜操纵到某个方向。因为在远场中产生的光束是由于弗劳恩霍夫衍射(而不是光束聚焦，例如通过透镜)，所以远场光束的空间宽度随着光束发射器和光束检测平面之间的距离的增加而增加，就像其他光束发射器的情况一样。期望提供一种改进的光子组件，以重新定义和修改来自光束形成和操纵结构(例如，来自opa或fpsa)的光束的光束特性。

技术实现思路

1、根据第一方面，光束雕刻组件定义了光束的光束特性，并包括芯片基板、位于芯片基板上的光束形成和操纵结构(例如，光学相控阵(opa)或焦平面开关阵列(fpsa))，用于发射、接收和/或操纵光束，以及至少一个相位掩模，每个相位掩模具有至少一个相应的芯体，该芯体具有厚度和高度。光束形成和操纵结构位于至少一个相位掩模和芯片基板之间，并且至少一个相位掩模被配置为修改光束的光束特性。光束特性包括光振幅的空间分布、光振幅的时间分布、光学相位、偏振和光轨道角动量中的至少一个。

2、从上述公开和对各种实施例的更详细描述中，本领域技术人员将清楚，本发明在重新定义和修改来自光束发射器的光束的技术方面取得了重大进展。在这方面特别重要的是，本发明提供了一种具有受控光束特性的光束形成和操纵结构的潜力。鉴于下面提供的详细描述，将更好地理解各种实施例的附加特征和优点。

技术特征：

1.一种光束雕刻组件，用于限定光束的光束特性，所述光束雕刻组件包括以下组合：

2.根据权利要求1所述的光束雕刻组件，其中，所述至少一个相位掩模各自包括si/sio2、多晶硅、sin4、sio2、ge、li3nbo3、聚合物、iii-v族化合物和ii-vi族化合物中的一种。

3.根据权利要求1所述的光束雕刻组件，其中，每个所述相位掩模包括离散光学相位掩模和连续光学相位掩模中的一个。

4.根据权利要求3所述的光束雕刻组件，其中，所述离散光学相位掩模包括二进制光学相位掩模和多级光学相位掩模中的一种。

5.根据权利要求1所述的光束雕刻组件，其中，每个所述相位掩模调制所述光束的光斑尺寸、倾斜角度和光束视场中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的光束雕刻组件，其中，每个所述相位掩模被配置为操纵来自所述光学相控阵的光束的方向性。

7.根据权利要求1所述的光束雕刻组件，其中，每个所述相位掩模包括下包层和上包层，并且所述芯体从所述下包层向所述上包层延伸所述高度。

8.根据权利要求7所述的光束雕刻组件，其中，每个所述相位掩模包括形成为阵列的多个晶胞，每个晶胞具有一个所述相应的芯体，每个所述相应的芯体由均匀距离和非均匀距离中的一个隔开。

9.根据权利要求7所述的光束雕刻组件，其中，所述每个芯体具有椭圆、多边形和闭合贝塞尔曲线横截面中的一种。

10.根据权利要求1所述的光束雕刻组件，其中，每个所述相位掩模具有相同的高度。

11.根据权利要求1所述的光束雕刻组件，还包括位于所述芯片基板上的光学相位阵上方的至少两个相位掩模，所述至少两个相位掩模中的每一个都调制所述光束的光斑尺寸、光束倾斜角或方向性、以及光束视场中的至少一个。

12.根据权利要求1所述的光束雕刻组件，其中，所述光束的相位分布基于模2π运算进行变换，其中，所述模2π相移是相位掩模晶胞中所述芯体的厚度的函数。

13.根据权利要求1所述的光束雕刻组件，其中，所述至少一个相位掩模包括周期性放置的晶胞，每个晶胞具有不均匀高度的对应芯体。

技术总结一种光束雕刻组件，用于限定光束的光束特性，其包括芯片基板、位于芯片基板上的光束形成和操纵结构，光束形成和操纵结构用于发射、接收和/或操纵光束，以及至少一个相位掩模，每个相位掩模具有至少一个相应的芯体，该芯体具有厚度和高度。光束形成和操纵结构位于至少一个相位掩模和芯片基板之间，并且至少一个相位掩模被配置为修改光束的光束特性。光束特性包括光振幅的空间分布、光振幅的时间分布、光学相位、偏振和光轨道角动量中的至少一个。技术研发人员：陈佑善,罗贤树受保护的技术使用者：先进微晶圆私人有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6