【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于激光焦平面探測器光敏芯片組件中超透鏡視場角測試領域，涉及一種激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統及方法。
技術介紹
1、激光焦平面組件由超透鏡、光敏芯片、讀出電路芯片等多種部件高精度互連集成構成。為了提高激光焦平面組件的填充因子、視場角、降低出光散射、減少像元間的光串擾，將光敏芯片及讀出電路芯片進行倒裝互連集成形成光敏芯片組件。光敏芯片組件采用背照式進光，光敏芯片組件像元與超透鏡陣列進光孔一一對應，采用高分子膠密貼方式貼裝進行垂直集成耦合，超透鏡與光敏芯片組件間隙介質為空氣，超透鏡基片平面作為光入射面，陣列結構面作為出光面。目前超透鏡視場角測試評估的傳統方法為將焦平面組件永久封裝在器件殼體中，通過激光器發射光源，結合探測器光電性能評估超透鏡的視場角、聚焦效率、有效填充因子等性能。由于激光焦平面組件有可靠性要求，因此超透鏡與光敏芯片組件永久粘接，若超透鏡出現損壞或性能不達標，光敏芯片與讀出電路芯片則無法使用。光敏芯片和讀出電路芯片制備良率低、成本遠高于超透鏡，所以通過封裝成探測器器件來實際測試超透鏡的視場角會大大增加制造和時間成本，極易造成高性能光敏芯片和讀出電路芯片的損失。
技術實現思路
1、(一)專利技術目的
2、本專利技術的目的是：針對激光焦平面組件超透鏡視場角測試，提供一種激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統及方法，準直光纖模擬不同入射角度的入射激光，分別通過光功率計獲得測試芯片和耦合超透鏡的測試芯片光功率的邊界值，計算超透鏡視場角。
3、(
4、為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，采用低成本的玻璃基測試芯片與超透鏡垂直耦合，無需將組件封裝在殼體中。測試芯片與超透鏡采用臨時鍵合膠進行粘接，測試芯片與超透鏡無損分離，測試芯片和超透鏡可重復使用。通過旋轉測試系統位移臺和準直光纖模擬焦平面組件在不同入射角度下工作，直接測試激光焦平面組件中超透鏡在不同入射角度下的光功率數值，將此光功率數值與理論仿真數值和裸測試芯片測試數值比對獲得邊界范圍，快速計算出超透鏡視場角，滿足激光焦平面組件超透鏡視場角、低沉本、不損失光敏芯片和讀出電路芯片的高效測試。
5、本專利技術中采用低成本測試芯片代替焦平面組件，無需采用光敏芯片和讀出電路芯片，無需將組件真空或氣密封裝入殼體中。超透鏡與測試芯片通過高分子膠粘接，超透鏡陣列與測試芯片進光孔一一對應高精度耦合，測試芯片非進光處采用金屬層遮擋，防止入射激光透過測試芯片。該測試系統具有制造成本低、減少光敏芯片和讀出電路芯片損失、測試操作簡單、測試系統兼容性高等優點。
6、本專利技術激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統包括測試芯片1、光功率計2、感光面3、準直光纖4、位移臺5、入射激光6、測試芯片基材7、遮光金屬8、光刻膠9、進光孔10、超透鏡11、超透鏡基片12、超透鏡陣列結構13、支撐結構件14。
7、位移臺5上布置準直光纖4，準直光纖4發出入射激光6；光功率計2中心的感光面3上依次放置測試芯片1和測試芯片1與超透鏡11耦合形成的焦平面組件；入射激光6照射光功率計2和焦平面組件，計算超透鏡11在不同入射角度下的光功率數值，將此光功率數值與理論仿真數值和裸測試芯片測試數值比對獲得邊界范圍，計算出超透鏡視場角。
8、測試芯片1與超透鏡11耦合形成的焦平面組件包括測試芯片1、超透鏡基片12、超透鏡陣列結構13和支撐結構件14，測試芯片1中心形成有進光孔10，超透鏡基片12一側面上形成有超透鏡陣列結構13，超透鏡基片12布置在測試芯片1上方，并通過支撐結構件14支撐。
9、超透鏡基片12朝上，超透鏡陣列結構13與測試芯片1的進光孔10一一對應；超透鏡基片12、測試芯片1分別通過高分子膠和支撐結構件14固定。
10、焦平面組件放置在光功率計2的感光面3中心，感光面3接收由準直光纖4發出的入射激光6，計算測試芯片的光功率。通過位移臺5轉動準直光纖4調整入射激光6角度，計算光功率臨界值，獲得超透鏡11視場角。
11、測試芯片1由測試芯片基材7、遮光金屬8、進光孔10組成，采用光刻膠9通過光刻工藝、刻蝕工藝和金屬沉積工藝制備測試芯片1中的遮光金屬8層和進光孔10陣列。
12、(三)有益效果
13、上述技術方案所提供的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統及方法，具有以下有益效果：
14、(1)本專利技術中采用測試芯片1與超透鏡11垂直耦合貼裝，無需將測試芯片組件永久封裝在殼體中。
15、(2)準直光纖4發射入射激光6，調節位移臺5發射不同入射角度的激光，通過光功率計2的感光面3測試焦平面組件光功率，評估超透鏡11視場角，操作簡單。
16、(3)本專利技術中測試芯片1和超透鏡11可重復使用，視場角測試不使用光敏芯片和讀出電路芯片，降低制造成本，提升激光焦平面探測器成品率。
17、(4)本專利技術中測試芯片1的進光孔10在激光焦平面探測器工作波長條件下透過入射激光6，測試芯片基材7材質包括但不限于玻璃、藍寶石、非晶硅、二氧化鈦、硒化鋅、磷化銦等。
18、(5)本專利技術中測試芯片1的遮擋金屬8材質包括但不限于tial、tiptau、crau、nicr、tiw，生長方式包括但不限于電子束蒸發、磁控濺射、化學鍍、電鍍等，可根據超透鏡11需求選擇遮擋金屬8材質和生長方式，具有普適性。
19、(6)本專利技術中測試芯片1厚度和遮擋金屬8材料厚度可根據器件的焦距進行定制，具有可調節性。
20、(7)本專利技術中超透鏡11材質、尺寸、陣列規模、焦距不受限制，通過對測試芯片1制備和耦合方式調制形成適配激光焦平面探測器鏡頭的組件。
21、(8)本專利技術中超透鏡11可采用高分子膠與測試芯片1垂直耦合貼裝，高分子膠包括但不限于紫外膠、環氧膠、導電膠，固化方式包括但不限于常溫固化、高溫固化、光照固化，操作簡單。貼裝方式包括但不限于緊密貼裝、結構支撐件14貼裝。
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1.一種激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，包括測試芯片(1)、光功率計(2)、感光面(3)、準直光纖(4)、位移臺(5)、入射激光(6)、超透鏡(11)；位移臺(5)上布置準直光纖(4)，準直光纖(4)發出入射激光(6)；光功率計(2)中心的感光面(3)上依次放置測試芯片(1)和測試芯片(1)與超透鏡(11)耦合形成的焦平面組件；入射激光(6)照射光功率計(2)和焦平面組件，計算超透鏡(11)在不同入射角度下的光功率數值，將此光功率數值與理論仿真數值和測試芯片測試數值比對獲得邊界范圍，計算出超透鏡視場角。
2.如權利要求1所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述測試芯片(1)與超透鏡(11)耦合形成的焦平面組件包括測試芯片(1)、超透鏡基片(12)、超透鏡陣列結構(13)和支撐結構件(14)，測試芯片(1)中心形成有進光孔(10)，超透鏡基片(12)一側面上形成有超透鏡陣列結構(13)，超透鏡基片(12)布置在測試芯片(1)上方，并通過支撐結構件(14)支撐。
3.如權利要求2所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征
4.如權利要求3所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述焦平面組件放置在光功率計(2)的感光面(3)中心，感光面(3)接收由準直光纖(4)發出的入射激光(6)，計算測試芯片的光功率；通過位移臺(5)轉動準直光纖(4)調整入射激光(6)角度，計算光功率臨界值，獲得超透鏡(11)視場角。
5.如權利要求4所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述測試芯片(1)包括測試芯片基材(7)、遮光金屬(8)、進光孔(10)，采用光刻膠通過光刻工藝、刻蝕工藝和金屬沉積工藝制備測試芯片(1)中的遮光金屬(8)層和進光孔(10)陣列。
6.如權利要求5所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述測試芯片基材(7)的材質為玻璃、藍寶石、非晶硅、二氧化鈦、硒化鋅、磷化銦中的一種。
7.如權利要求6所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述遮光金屬(8)材質為TiAl、TiPtAu、CrAu、NiCr、TiW中的一種，遮光金屬(8)生長方式為電子束蒸發、磁控濺射、化學鍍、電鍍中的一種。
8.如權利要求7所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述進光孔(10)開孔直徑由超透鏡(11)陣列的單一像元尺寸決定，孔的形狀為直孔、錐形孔、斜孔中的一種。
9.如權利要求7所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述超透鏡(11)采用高分子膠與測試芯片(1)垂直耦合，在測試芯片(1)邊緣涂覆高分子膠，高分子膠為紫外膠、環氧膠、或導電膠。
10.一種基于權利要求9所述激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統的激光焦平面組件超透鏡視場角測試方法，其特征在于，將耦合有超透鏡(11)的測試芯片(1)放置于光功率計(2)的感光面(3)中心，將準直光纖(4)功率調節至測試芯片(1)測試時的數值，在測試過程中入射激光(6)的光功率保持不變，保持超透鏡(11)和光功率計(2)位置不變，連續移動測試系統位移臺(5)，調節準直光纖(4)發出的入射激光(6)與超透鏡(11)的角度，記錄光功率計(2)測試的光功率數值結果；當光功率數值小于等于超透鏡(11)在此入射角度下仿真計算的最小數值，且光功率數值大于等于未耦合超透鏡(11)的測試芯片(1)在此入射角度下測試的光功率值時，記錄位移臺(5)旋轉角度和準直光纖(4)的入射角度a；在二維平面上向反方向移動位移臺(5)，連續調節準直光纖(4)發出的入射激光(6)與超透鏡(11)的角度，記錄光功率計(2)測試的光功率數值結果，當光功率數值小于等于超透鏡(11)在此入射角度下仿真計算的最小數值，且光功率數值大于等于未耦合超透鏡(11)的測試芯片(1)在此入射角度下測試的光功率值時，記錄位移臺(5)旋轉角度和準直光纖(4)的入射角度b；入射角度a至入射角度b的夾角范圍即為超透鏡(11)的入射角。
...【技術特征摘要】
1.一種激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，包括測試芯片(1)、光功率計(2)、感光面(3)、準直光纖(4)、位移臺(5)、入射激光(6)、超透鏡(11)；位移臺(5)上布置準直光纖(4)，準直光纖(4)發出入射激光(6)；光功率計(2)中心的感光面(3)上依次放置測試芯片(1)和測試芯片(1)與超透鏡(11)耦合形成的焦平面組件；入射激光(6)照射光功率計(2)和焦平面組件，計算超透鏡(11)在不同入射角度下的光功率數值，將此光功率數值與理論仿真數值和測試芯片測試數值比對獲得邊界范圍，計算出超透鏡視場角。
2.如權利要求1所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述測試芯片(1)與超透鏡(11)耦合形成的焦平面組件包括測試芯片(1)、超透鏡基片(12)、超透鏡陣列結構(13)和支撐結構件(14)，測試芯片(1)中心形成有進光孔(10)，超透鏡基片(12)一側面上形成有超透鏡陣列結構(13)，超透鏡基片(12)布置在測試芯片(1)上方，并通過支撐結構件(14)支撐。
3.如權利要求2所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述超透鏡基片(12)朝上，超透鏡陣列結構(13)與測試芯片(1)的進光孔(10)一一對應；超透鏡基片(12)、測試芯片(1)分別通過高分子膠和支撐結構件(14)固定。
4.如權利要求3所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述焦平面組件放置在光功率計(2)的感光面(3)中心，感光面(3)接收由準直光纖(4)發出的入射激光(6)，計算測試芯片的光功率；通過位移臺(5)轉動準直光纖(4)調整入射激光(6)角度，計算光功率臨界值，獲得超透鏡(11)視場角。
5.如權利要求4所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在于，所述測試芯片(1)包括測試芯片基材(7)、遮光金屬(8)、進光孔(10)，采用光刻膠通過光刻工藝、刻蝕工藝和金屬沉積工藝制備測試芯片(1)中的遮光金屬(8)層和進光孔(10)陣列。
6.如權利要求5所述的激光焦平面組件超透鏡視場角測試系統，其特征在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郝昕，姚夢麒，楊瑞雨，孔繁林，路小龍，劉期斌，黃海華，羅國凌，王國勝，代千，柯尊貴，
申請(專利權)人：西南技術物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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