一种具有超表面结构的反射式光编码器芯片的制作方法

本发明涉及光电探测，特别是涉及一种具有超表面结构的反射式光编码器芯片。

背景技术：

1、反射式光编码器对比透射式光编码器具有集成度更高，系统更简单，整体系统体积，厚度更小等优点。然而，反射式光编码器芯片对于光源的光学设计要求更高：光源需要尽量受到机械结构的保护，光源需要尽量与感光器在相同高度，光源需要尽量与感光区域靠近，同时光源的光噪声需要降到最低。

2、目前行业内常用的结构包括：放弃机械保护，让光源裸露的方式；使用封装开窗，添加硅胶等物质从而形成简单的机械保护以及光学处理的方式；使用封装开窗，添加减薄的玻璃的方式；使用加工过的蓝宝石等透明衬底的方式等等。这些方案除了大多数体积较为庞大，封装工艺较为复杂以外，几乎无法对光源发出的光束进行优化。而光源发出光束的一致性，指向性对于反射式光编码器芯片的精度至关重要。

3、因此，有必要提供一种具有超表面结构的反射式光编码器芯片，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种具有超表面结构的反射式光编码器芯片，通过对平面透明衬底进行镀膜、刻蚀形成超表面结构，实现了超透镜的功能，对光源光束进行可定制化的优化，且体积足够小，很好地适用于反射式光编码器芯片。

2、本发明实施例提供一种具有超表面结构的反射式光编码器芯片，包括：

3、光源，其用于发射光束；

4、第一透明衬底，其设置于感光器芯片的上方；

5、第二透明衬底，其设置于所述光源的上方；

6、所述第二透明衬底上设置有薄膜镀层，所述薄膜镀层上刻蚀有缝隙，所述超表面结构根据所述光束的光能量分布进行计算，实现多孔缝的干涉及衍射，使所述光束定向发射和/或使光能量均匀分布。

7、优选地，所述超表面结构的材料为氧化钛或氧化硅。

8、优选地，对所述超表面结构的刻蚀缝隙为亚微米级。

9、优选地，所述超表面结构的纳米柱状结构的直径与高度成比例，实现选定波长的光线传播方向的改变。

10、优选地，所述超表面结构根据入射光的光能量分布进行计算，具体根据以下公式进行计算：

11、

12、其中，θt、θi表示光传播过程中在两种介质中的入射角与折射角，nt和ni表示光传播过程中在两种介质的折射率，λ0表示光在真空中的波长，dx表示所述超表面结构之间的距离，dφ表示光传播不同路径中的相位突变的偏移量。

13、优选地，所述光源和所述感光器芯片分别设置在基底上，所述光源设置在所述感光器的一侧，所述光束向上，经过码盘反射到所述感光器芯片。

14、优选地，所述感光器芯片设置基底上，所述光源设置在所述感光器芯片上，所述光束向上均匀发射，经过码盘反射到所述感光器芯片。

15、优选地，所述超表面结构的高度为400nm-2μm。

16、优选地，所述超表面结构的高度与光源波长接近，所述超表面结构的间隙尺寸与光源波长接近，通过波长相近尺寸级别的在光传播方向上的相位突变，实现光传播方向及方式的改变。

17、优选地，还包括塑封材料，其用于将所述光源、感光器芯片、基底进行封装。

18、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

19、本发明实施例提供的一种具有超表面结构的反射式光编码器芯片，包括：光源，其用于发射光束；第一透明衬底，其设置于感光器芯片的上方；第二透明衬底，其设置于所述光源的上方；所述第二透明衬底上设置有薄膜镀层，所述薄膜镀层上刻蚀有缝隙形成超表面结构，所述超表面结构根据所述光束的光能量分布进行计算，实现多孔缝的干涉及衍射，使所述光束定向发射和/或使光能量均匀分布，通过对平面透明衬底进行镀膜，实现了超透镜的功能，对光源光束进行可定制化的优化，且体积足够小，很好地适用于反射式光编码器芯片；

20、进一步地，所述超表面结构的材料为氧化钛或氧化硅，可以实现亚微米级刻蚀缝隙；

21、进一步地，所述超表面结构的纳米柱状结构的直径与高度成比例，实现选定波长的光线传播方向的改变，使得光源发射的光束均匀且定向。

技术特征：

1.一种具有超表面结构的反射式光编码器芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有超表面结构的反射式光编码器芯片，其特征在于，所述超表面结构的材料为氧化钛或氧化硅。

3.根据权利要求2所述的具有超表面结构的反射式光编码器芯片，其特征在于，对所述超表面结构的刻蚀缝隙为亚微米级。

4.根据权利要求3所述的具有超表面结构的反射式光编码器芯片，其特征在于，所述超表面结构的纳米柱状结构的直径与高度成比例，实现选定波长的光线传播方向的改变。

5.根据权利要求4所述的具有超表面结构的反射式光编码器芯片，其特征在于，所述超表面结构根据入射光的光能量分布进行计算，具体根据以下公式进行计算：

6.根据权利要求1所述的具有超表面结构的反射式光编码器芯片，其特征在于，所述光源和所述感光器芯片分别设置在基底上，所述光源设置在所述感光器的一侧，所述光束向上，经过码盘反射到所述感光器芯片。

7.根据权利要求1所述的具有超表面结构的反射式光编码器芯片，其特征在于，所述感光器芯片设置基底上，所述光源设置在所述感光器芯片上，所述光束向上均匀发射，经过码盘反射到所述感光器芯片。

8.根据权利要求1所述的具有超表面结构的反射式光编码器芯片，其特征在于，所述超表面结构的高度为400nm-2μm。

9.根据权利要求1所述的具有超表面结构的反射式光编码器芯片，其特征在于，所述超表面结构的高度与光源波长接近，所述超表面结构的间隙尺寸与光源波长接近，通过波长相近尺寸级别的在光传播方向上的相位突变，实现光传播方向及方式的改变。

10.根据权利要求6或7所述的具有超表面结构的反射式光编码器芯片，其特征在于，还包括塑封材料，其用于将所述光源、感光器芯片、基底进行封装。

技术总结
本发明提供一种具有超表面结构的反射式光编码器芯片，包括：光源，其用于发射光束；第一透明衬底，其设置于感光器芯片的上方；第二透明衬底，其设置于所述光源的上方；所述第二透明衬底上设置有薄膜镀层，所述薄膜镀层上刻蚀有缝隙形成超表面结构，所述超表面结构根据所述光束的光能量分布进行计算，实现多孔缝的干涉及衍射，使所述光束定向发射和/或使光能量均匀分布。本发明提供的具有超表面结构的反射式光编码器芯片，通过对平面透明衬底进行镀膜及刻蚀形成超表面结构，实现了超透镜的功能，对光源光束进行可定制化的优化，且体积足够小，很好地适用于反射式光编码器芯片。

技术研发人员：高朕
受保护的技术使用者：传周半导体科技（苏州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30