專利名稱：?jiǎn)纹蓙啿ㄩL(zhǎng)微偏振光柵的銦鎵砷近紅外探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電探測(cè)器技術(shù)，是一種單片集成亞波長(zhǎng)微偏振光柵的InGaAs線列或面陣近紅外探測(cè)器，在InGaAs探測(cè)器光敏芯片上直接制備偏振光柵，從而簡(jiǎn)化偏振探測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度的角度定量化，準(zhǔn)確獲取目標(biāo)的偏振信息。
背景技術(shù)：
偏振是光的一個(gè)重要信息，偏振探測(cè)可以把信息量從三維(光強(qiáng)、光譜、空間)擴(kuò)充到七維(光強(qiáng)、光譜、空間、偏振度、偏振方位角、偏振橢率、旋轉(zhuǎn)的方向)。由于地物背景的偏振度遠(yuǎn)小于人造目標(biāo)的偏振度，因此紅外偏振探測(cè)技術(shù)在空間遙感領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的偏振探測(cè)系統(tǒng)中，偏振元件獨(dú)立于探測(cè)器之外，通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏振元件獲取偏振信息。這種傳統(tǒng)的偏振探測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是所成圖像是時(shí)間分立的，在對(duì)移動(dòng)的目標(biāo)成像時(shí)受到限制，而且偏振元件的角度誤差較大，遙感系統(tǒng)也不夠緊湊。實(shí)現(xiàn)偏振光柵在探測(cè)器上的片上集成，有利于克服傳統(tǒng)偏振探測(cè)系統(tǒng)中存在的光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)部件多、角度定量化誤差等問(wèn)題。2006年，美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室采用電子束曝光技術(shù)制作了微偏振光柵陣列用于中波紅外偏振成像，將微偏振光柵陣列同焦平面探測(cè)器膠結(jié)在一起，由于串音的存在，膠結(jié)距離為30μπι時(shí)，微偏振光柵陣列的消光比下降32% -50%。這個(gè)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)新型集成偏振光電器件有重要意義。亞波長(zhǎng)微偏振光柵是一種采用金屬材料、光柵周期小于入射光波長(zhǎng)的偏振光柵， 具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成、偏振特性好等優(yōu)點(diǎn)。隨著電子束曝光、納米壓印技術(shù)、反應(yīng)離子刻蝕等微加工工藝的發(fā)展，研究者們已經(jīng)制作出了多個(gè)波段的金屬偏振光柵。近紅外波段工作的InGaAs探測(cè)器具有非制冷室溫工作、探測(cè)率高、均勻性好等優(yōu)點(diǎn)，與Si器件制備工藝兼容，適宜在探測(cè)器芯片上直接制備亞波長(zhǎng)微偏振光柵。由于近紅外InGaAs探測(cè)器和偏振探測(cè)技術(shù)在航天遙感領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位，因此，片上集成偏振功能的近紅外探測(cè)器具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種新型光電探測(cè)器，將亞波長(zhǎng)微偏振光柵與近紅外InGaAs探測(cè)器直接單片集成，應(yīng)用于紅外偏振探測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明的主要特征在于在背照射的InGaAs線列或面陣探測(cè)器上集成亞波長(zhǎng)微偏振光柵；在InGaAs光敏芯片的入射面沉積一層低折射率的SiO2材料作為增透膜，改善消光比；亞波長(zhǎng)微偏振光柵是由不同偏振取向的偏振單元構(gòu)成的偏振光柵線列或陣列，與線列或面陣探測(cè)器單片集成后，可以通過(guò)多個(gè)探測(cè)器像元探測(cè)同一個(gè)目標(biāo)的偏振特性，其中各像元表面的偏振單元具有不同的偏振取向；亞波長(zhǎng)微偏振光柵是光柵周期小于入射光波長(zhǎng)的金屬偏振光柵，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成、偏振特性好等特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下在InGaAs光敏芯片(1)的入射面沉積一層增透膜(2)，
3在增透膜(2)的表面集成亞波長(zhǎng)微偏振光柵(3)，偏振光柵是由不同偏振取向的偏振單元組成的偏振線列或陣列。本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)在于①將偏振光柵與探測(cè)器單片集成，簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)，省略偏振掃描系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件；②可以實(shí)現(xiàn)高精度的角度定量化，避免角度誤差；③不同偏振取向的偏振單元同時(shí)成像，對(duì)移動(dòng)的目標(biāo)獲得準(zhǔn)確的偏振信息。


圖1為單片集成亞波長(zhǎng)微偏振光柵的InGaAs探測(cè)器的結(jié)構(gòu)剖面圖。圖2為線列探測(cè)器上集成的微偏振光柵示意圖。圖3為面陣探測(cè)器上集成的微偏振光柵示意圖；其中1——InGaAs光敏芯片；2——增透膜；3——波長(zhǎng)微偏振光柵；A、B、C、D——不同偏振取向的偏振單元。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。本實(shí)施例是在背照射InGaAs線列探測(cè)器上單片集成亞波長(zhǎng)微偏振光柵，圖1為本實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。采用常規(guī)背照射InGaAs器件工藝制備線列光敏芯片，器件規(guī)模為128 X 1，光敏元尺寸為50 μ mX 50 μ m ；將光敏芯片背面拋光后磁控濺射2800λ的SiO2增
透膜；涂覆電子束用光刻膠，膠厚1 1.5μπι;通過(guò)電子束曝光寫入所需的亞波長(zhǎng)圖形，光柵周期為lym，金屬線寬為500nm;離子束濺射Al金屬偏振光柵，膜厚800nm。偏振線列分布見(jiàn)附圖2所示，A、B、C、D是4個(gè)不同偏振取向的偏振單元，分別對(duì)應(yīng)4個(gè)探測(cè)器像元，組成一個(gè)偏振探測(cè)周期，用于探測(cè)同一個(gè)目標(biāo)的偏振特性。
權(quán)利要求
1.一種單片集成亞波長(zhǎng)微偏振光柵的銦鎵砷探測(cè)器，它由具有背照射結(jié)構(gòu)的銦鎵砷探測(cè)器光敏芯片(1)、在光敏芯片的入射面上沉積的增透膜(2)以及在增透膜(2)上制備的亞波長(zhǎng)微偏振光柵(3)組成，其特征在于在線列或陣列銦鎵砷探測(cè)器的光敏芯片上沉積所述的增透膜(2)并在其上制備由不同偏振取向的偏振單元構(gòu)成的亞波長(zhǎng)微偏振光柵(3)， 使所述的線列或陣列銦鎵砷探測(cè)器具備同時(shí)探測(cè)目標(biāo)的不同偏振特性的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單片集成亞波長(zhǎng)微偏振光柵的銦鎵砷探測(cè)器，其特征在于所述的增透膜(2)采用改善亞波長(zhǎng)微偏振光柵(3)的消光比的低折射率SiO2材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種單片集成亞波長(zhǎng)微偏振光柵的InGaAs線列或面陣探測(cè)器。它是一種光電探測(cè)器，由InGaAs光敏芯片、增透膜和亞波長(zhǎng)微偏振光柵組成。增透膜選用低折射率SiO2材料，改善亞波長(zhǎng)微偏振光柵的消光比。亞波長(zhǎng)微偏振光柵是由不同偏振取向的偏振單元構(gòu)成的偏振光柵線列或陣列，每個(gè)偏振單元是光柵周期小于入射光波長(zhǎng)的金屬偏振光柵。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)微偏振光柵在近紅外探測(cè)器上的片上集成，主要優(yōu)點(diǎn)是①將偏振光柵與探測(cè)器單片集成，簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)，省略偏振掃描系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件；②可以實(shí)現(xiàn)高精度的角度定量化，避免角度誤差；③不同偏振取向的偏振單元同時(shí)成像，對(duì)移動(dòng)的目標(biāo)獲得準(zhǔn)確的偏振信息。
文檔編號(hào)G01J4/04GK102221406SQ20111013554
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者唐恒敬, 李淘, 李雪, 王云姬, 邵秀梅, 龔海梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所