包括超表面芯片的光学模块及其制造方法与流程

本发明一般地涉及包括超表面芯片的光学模块及其制造方法。

背景技术：

1、波前整形和光束形成是其中自由空间传播光的空间振幅/相位分布可被定制以便创建期望的光束图案(例如，焦斑、偏转和全息术)的过程。在工业中广泛使用的传统方法涉及体积大、相对重并且弯曲的介电抛物面镜/透镜。这些不期望的特征源于传统光学透镜背后的物理机制，其是累积不同相位延迟的不同光程长度的强制。相比而言，超表面包括非均匀亚波长散射体，其具有在界面处对反射/透射相位(0-2π)和振幅(0-1)进行突然控制的能力。这些在入射光上的空间变化的相移可以通过利用具有精心设计的组成材料、几何形状、取向和结构参数的晶胞阵列来实现。

2、通常，作为人工结构化材料的超表面可以提供器件小型化、平面且薄的形式、高空间分辨率以及密集集成到光学器件中的机会。此外，它们具有用于操纵光束传播方向、对光的波前进行整形以及为诸如感测、成像、光检测和测距(例如lidar)之类的应用传递信息的潜力。虽然在光学超表面的设计中有显著的进步，作为传统光学元件(例如光栅、透镜、全息图、波片、偏光器、及光谱滤波器)的有前途的替代，但仍有一些尚未充分解决的限制，包括大规模分级图案超表面的整体效率。特别地，实现高效的光束偏转工程(例如使衍射效率最大化)以便将入射光的总强度转换成期望的偏转角可能是有益的。这可以被认为是在各种光学成像/感测设备背后的基本机制。因此，它可以对下一代平板透镜具有显著影响，不仅具有低成本制造、平面形状因数和紧凑性，而且具有相对高的光学效率。

技术实现思路

1、根据本发明的各种实施例的系统和方法可以包括超表面模块，超表面模块包括：辅助基片；以及超表面芯片，超表面芯片安装在辅助基片上，其中辅助基片从超表面芯片的所有侧横向延伸以完全围绕超表面芯片。

2、在各种其他实施例中，超表面芯片具有最小边界区域。

3、在还有的各种其他实施例中，第二基片涂覆有涂层。

4、在还有的各种其他实施例中，涂层是选自由以下组成的组的至少一者：不透明光学孔径、抗反射涂层、滤光器涂层、电路和导电层。

5、在还有的各种其他实施例中，滤光器涂层包括选自由以下组成的组的至少一者：高通涂层、低通涂层和带通涂层。

6、在还有的各种其他实施例中，导电层被配置为提供眼睛安全性。

7、在还有的各种其他实施例中，涂层包括图案化特征，超表面芯片与图案化特征对准。

8、在还有的各种其他实施例中，超表面芯片通过光学透明的接合件被安装到辅助基片。

9、在还有的各种其他实施方式中，超表面模块还包括壳体，其中辅助基片被安装到壳体。

10、根据本发明的各种实施例的系统和方法可以还包括超表面模块，超表面模块包括由聚合物材料完全包围的超表面芯片。

11、在各种其他实施例中，聚合物材料与超表面芯片的顶表面共面。

12、在还有的各种其他实施例中，超表面芯片具有最小边界区域。

13、在还有的各种其他实施例中，超表面芯片涂覆有涂层。

14、在还有的各种其他实施例中，涂层是选自由以下组成的组的至少一者：不透明光学孔径、抗反射涂层、滤光器涂层、电路和导电层。

15、在还有的各种其他实施例中，滤光器涂层包括选自以下组成的组的至少一者：高通涂层、低通涂层和带通涂层。

16、在还有的各种其他实施例中，导电层被配置为提供眼睛安全性。

17、在还有的各种其他实施例中，涂层包括图案化特征，超表面芯片与图案化特征对准。

18、在还有的各种其他实施例中，超表面模块还包括壳体，其中超表面芯片通过聚合物材料安装到壳体。

19、根据本发明的各种实施例的系统和方法可以还包括一种制造光学器件的方法，该方法包括：提供超表面芯片；提供辅助基片，其中超表面芯片具有比辅助基片小的大小；以及将超表面芯片安装到辅助基片，其中超表面芯片与辅助基片完全重叠。

20、在各种其他实施例中，辅助基片是支撑超表面芯片的单个管芯。

21、在还有的各种其他实施例中，辅助基片是能够支撑多个超表面芯片的晶片，该方法还包括将辅助基片单个化为具有所安装的超表面芯片的单个管芯。

22、在还有的各种其他实施例中，超表面芯片具有最小边界区域。

23、在还有的各种其他实施例中，该方法还包括：提供壳体；以及通过辅助基片将超表面芯片安装到壳体，使得辅助基片直接接触壳体。

24、在还有的各种其他实施例中，超表面芯片不接触壳体。

25、根据本发明的各种实施例的系统和方法可以还包括一种制造光学器件的方法，该方法包括：提供超表面芯片；将超表面芯片安装在基片上；用聚合物材料回填超表面芯片，使得聚合物材料完全包围超表面芯片并且与超表面芯片的顶表面共面；以及单个化超表面芯片和完全包围超表面芯片的聚合物材料。

26、在各种其他实施例中，该方法还包括将聚合物材料固化成硬塑料。

27、在还有的各种其他实施例中，超表面芯片具有最小边界区域。

28、在还有的各种其他实施例中，该方法还包括：提供壳体；通过聚合物材料将超表面芯片安装到壳体，使得聚合物材料直接接触壳体。

29、在还有的各种其他实施例中，超表面芯片不接触壳体。

技术特征：

1.一种超表面模块，包括：

2.根据权利要求1所述的超表面模块，其中所述超表面芯片具有最小边界区域。

3.根据权利要求1所述的超表面模块，其中所述辅助基片涂覆有涂层。

4.根据权利要求3所述的超表面模块，其中所述涂层是选自由以下组成的组的至少一者：不透明光学孔径、抗反射涂层、滤光器涂层、电路和导电层。

5.根据权利要求4所述的超表面模块，其中所述滤光器涂层包括选自由以下组成的组中的至少一者：高通涂层、低通涂层和带通涂层。

6.根据权利要求4所述的超表面模块，其中所述导电层被配置为提供眼睛安全性。

7.根据权利要求3所述的超表面模块，其中所述涂层包括图案化特征，并且所述超表面芯片与所述图案化特征对准。

8.根据权利要求1所述的超表面模块，其中所述超表面芯片通过光学透明接合件安装到所述辅助基片。

9.根据权利要求1所述的超表面模块，还包括壳体，其中所述辅助基片安装到所述壳体。

10.一种超表面模块，包括由聚合物材料完全包围的超表面芯片。

11.根据权利要求10所述的超表面模块，其中所述聚合物材料与所述超表面芯片的顶表面共面。

12.根据权利要求10所述的超表面模块，其中所述超表面芯片具有最小边界区域。

13.根据权利要求10所述的超表面模块，其中所述超表面芯片涂覆有涂层。

14.根据权利要求13所述的超表面模块，其中所述涂层是选自由以下组成的组的至少一者：不透明光学孔径、抗反射涂层、滤光器涂层、电路和导电层。

15.根据权利要求14所述的超表面模块，其中所述滤光器涂层包括选自由以下组成的组中的至少一者：高通涂层、低通涂层和带通涂层。

16.根据权利要求14所述的超表面模块，其中所述导电层被配置为提供眼睛安全性。

17.根据权利要求13所述的超表面模块，其中所述涂层包括图案化特征，并且所述超表面芯片与所述图案化特征对准。

18.根据权利要求10所述的超表面模块，还包括壳体，其中所述超表面芯片通过所述聚合物材料安装到所述壳体。

19.一种制造光学器件的方法，所述方法包括：

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述辅助基片是支撑所述超表面芯片的单个管芯。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述辅助基片是能够支撑多个超表面芯片的晶片，所述方法还包括将所述辅助基片单个化为单个管芯，单个管芯具有所安装的超表面芯片。

22.根据权利要求19所述的方法，其中所述超表面芯片具有最小边界区域。

23.根据权利要求19所述的方法，还包括：

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述超表面芯片不接触所述壳体。

25.一种制造光学器件的方法，所述方法包括：

26.根据权利要求25所述的方法，还包括将所述聚合物材料固化成硬塑料。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述超表面芯片具有最小边界区域。

28.根据权利要求25所述的方法，还包括：

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述超表面芯片不接触所述壳体。

技术总结
本文公开了被配置为降低超表面元件在壳体内的集成成本的超表面模块及其制造方法。一个特定实施例包括超表面模块，超表面模块包括：辅助基片；以及安装在辅助基片上的超表面芯片。辅助基片从超表面芯片的所有侧横向延伸以完全围绕超表面芯片。辅助基片可以用于将超表面芯片安装在壳体内，这减小了超表面芯片的尺寸并且最终降低超表面芯片的制造成本。

技术研发人员：J·格拉夫,C·卡尔沃,R·张,R·诺顿
受保护的技术使用者：梅特兰兹股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13