[发明专利]一种硅基光电子一体化成像系统

说明书

本发明公开了一种硅基光电子一体化成像系统，该系统包括前端透镜组、成像模块和计算图像处理模块；其特征在于，所述前端透镜组包括按照光入射方向依次排列的超透镜、超表面准直透镜和平面硅基光波导；所述超透镜以硅为基底，通过设计超透镜表面的纳米柱的参数，实现对通过光波的振幅、相位、偏振的调控；所述平面硅基光波导中含有具有表面等离子基元放大作用的贵金属纳米粒子；光束依次通过超透镜、超表面准直透镜和平面硅基光波导入射到成像模块，成像模块与计算图像处理模块相连。本发明能够对光波的振幅、相位、偏振进行灵活的调控，从而最大限度的实现光电一体化成像。

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种硅基光电子一体化成像系统。

背景技术

传统光学成像系统的成像原理与人眼类似，通过前端透镜阵列将光线聚焦到光感探测器，然后基于光强分布生成目标图像。美国“锁眼”光学侦察卫星以及“哈勃”太空望远镜均采用这一成像原理。但这些光学系统均是通过控制光束在给定折射率介质中传播的光程来实现对波面的相位、振幅和偏振进行调控的。基于这种方式，相位和偏振的变化是通过光束在透镜或波片等光学元件中的传播积累而成的。因此，传统光学元件在对波面的控制方面具有很强的局限性，为了保证光程的累积量，光学元件的尺寸和厚度都受到了限制，并且为了保证波面调控的精确度和准确性，对元件加工的精确度要求也很高。而且现有的光学系统，由于加工工艺不兼容的原因，样品集成度较低，难以实现一体化集成。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种硅基光电子一体化成像系统，能够对光波的振幅、相位、偏振进行灵活的调控，从而最大限度的实现光电一体化成像。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

一种硅基光电子一体化成像系统，该系统包括前端透镜组、成像模块和计算图像处理模块；其特征在于，所述前端透镜组包括按照光入射方向依次排列的超透镜、超表面准直透镜和平面硅基光波导；所述超透镜以硅为基底，通过设计超透镜表面的纳米柱的参数，实现对通过光波的振幅、相位、偏振的调控；所述平面硅基光波导中含有具有表面等离子基元放大作用的贵金属纳米粒子；光束依次通过超透镜、超表面准直透镜和平面硅基光波导入射到成像模块，成像模块与计算图像处理模块相连。

优选地，该系统包括2个所述前端透镜组；所述成像模块采用CMOS干涉成像模块；2个前端透镜组出射的光波共同入射到CMOS干涉成像模块产生干涉。

优选地，所述超透镜设计为具有偏振功能，使得本成像系统形成偏振成像系统。

优选地，所述超透镜设计为可以对左旋偏振光和右旋偏振光进行同时成像。

优选地，所述超透镜、超表面准直透镜、平面硅基光波导的直径设计为400um-600um。

优选地，所述超透镜的方形基底尺寸为500um×500um。

优选地，所述超透镜的工作波长在700nm-900nm范围内。

优选地，所述的贵金属纳米粒子为金、银或铜。

有益效果：

(1)本发明的成像系统采用超透镜实现，通过设计超透镜表面的纳米柱的参数，能够实现对光波振幅、相位、偏振的灵活调控，且损耗小。由于相位和偏振的变化并不是通过光束在透镜或波片等光学元件中的传播积累而成的，因此对光学元件的尺寸和厚度没有限制。因此可以通过采用较薄的超透镜，提升系统集成度，减轻系统重量。而且，以硅为基底加工的超透镜，加工要求相对简单，且与半导体工艺相兼容，极大地增加了系统设计的灵活性，更适合大规模集成。

(2)本发明光束通过超透镜和准直透镜后，进入平面硅基光波导，波导中的贵金属纳米粒子会产生表面等离子体共振效应，可以在实现光子信号传输的同时最大限度的实现光子信号的放大，从而提升成像质量。在采用CMOS干涉成像模块的方案中，平面硅基光波导的使用能够提升产生干涉的成功率。