CN112394449B - 一种超构表面耦合元件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种超构表面耦合元件的制作方法。本发明实施例中提供了一种超构表面耦合元件的制作方法，包括：将所需超构表面耦合元件的相位分布匹配预设结构数据库，获得目标纳米结构单元，根据目标纳米结构单元获得超构表面耦合元件的加工版图，其中，预设结构数据库包括至少两个纳米结构单元和其对应的相位响应分布图；提供一衬底，在衬底上镀一层金属或电介质材料的薄膜；在薄膜上涂布一层光刻胶；根据加工版图，进行光刻、刻蚀和去胶，得到超构表面耦合元件的模板；将模板压印至波导基底，得到超构表面耦合元件。通过本发明制作的超构表面耦合元件能够应用于光波导中，不仅能消色差，且加工难度低。

Description

一种超构表面耦合元件的制作方法

技术领域

本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种超构表面耦合元件的制作方法。

背景技术

目前比较成熟的增强现实技术主要分为棱镜方案、bi rdbath方案、自由曲面方案和波导方案，前三种方案体积较大，限制了其在智能穿戴方面的应用，而光波导是目前最佳的增强现实眼镜方案。

波导方案又分为几何波导方案、表面浮雕光栅波导方案和体全息波导方案。几何波导方案是使用阵列的镀膜半透半反射镜来实现虚拟信息的显示，但是该方案的视场和眼动范围受限，而且阵列镜片会给画面带来条纹效果，所以几何波导方案无法给人眼呈现最佳的显示效果。体全息波导方案目前在大规模量产上受到了限制。浮雕光栅波导方案由于纳米压印的便利性是目前研究最多的技术方案，具有大视场和大眼动范围的优势。浮雕光栅波导目前的方案路径主要有基于一维光栅的波导方案和基于二维光栅的波导方案。二维光栅波导可以实现扩展和耦出光束的功能，而视场均匀性和出瞳均匀性是二维光栅波导的一大挑战，因此又提出了多层彩色光栅波导的设计方案。

然而对于多层彩色光栅波导的设计方案，往往存在色散严重这个问题，为了解决这个问题，很多研究人员选择利用多片波导叠层的办法来进行消色差，但这种方法在加工上存在着一定的难度。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的目的是提供一种超构表面耦合元件的制作方法，得到的超构表面耦合元件能应用于光波导中，不仅能够消色差，而且加工难度低。

本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：为解决上述技术问题，本发明实施例中提供一种超构表面耦合元件的制作方法，所述制作方法包括：

将所需超构表面耦合元件的相位分布匹配预设结构数据库，获得目标纳米结构单元，根据所述目标纳米结构单元获得所述超构表面耦合元件的加工版图，其中，所述预设结构数据库包括至少两个纳米结构单元和所述纳米结构单元对应的相位响应分布图；

提供一衬底，在所述衬底上镀一层薄膜，其中，所述薄膜的材料为金属或电介质；

在所述薄膜上涂布一层光刻胶；

根据所述加工版图，对所述光刻胶进行光刻；

刻蚀掉未被所述光刻胶覆盖的薄膜，去除残余的光刻胶，得到所述超构表面耦合元件的模板；

将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件。

在一些实施例中，所述方法还包括：

对超构表面耦合元件上纳米结构单元的纳米柱的数目、纳米柱的位置进行排布，得到不同的纳米结构单元；

采用不同波长的入射光对所述不同的纳米结构单元进行扫描，得到所述不同的纳米结构单元改变的相位，以获得所述纳米结构单元的相位响应分布图；

基于所述纳米结构单元和所述纳米结构单元对应的所述相位响应分布图构建结构数据库。

在一些实施例中，所述方法还包括：

计算不同波长的入射光以相同入射角入射波导基底的不同位置时产生的相位分布情况，或者，计算相同波长的入射光以不同的入射角入射波导基底的不同位置时产生的相位分布情况，得到所述所需超构表面耦合元件的相位分布。

在一些实施例中，所述纳米结构单元的长度范围为0nm-1000nm、所述纳米柱的高度范围为0nm-1500nm。

在一些实施例中，所述将所需超构表面耦合元件的相位分布匹配预设结构数据库，获得目标纳米结构单元，包括：

使用最小误差算法对所述相位分布与所述结构数据库进行匹配，获得目标纳米结构单元。

在一些实施例中，所述在所述衬底上镀一层薄膜，包括：

采用溅射、磁控溅射、热蒸发和电子束蒸发的至少一种方式，在所述衬底表面镀一层金属薄膜，或者，采用ALD沉积的方式，在所述衬底表面镀一层电介质材料薄膜。

在一些实施例中，在所述薄膜上涂布一层光刻胶，包括：

在所述薄膜上旋涂一层正性光刻胶后，对所述正性光刻胶进行烘烤。

在一些实施例中，所述正性光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯或者是ZEP。

在一些实施例中，所述对所述光刻胶进行光刻，包括：

采用电子束曝光、紫外曝光、极紫外曝光和纳米压印的至少一种方式，对所述光刻胶进行光刻。

在一些实施例中，所述将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件，还包括：

将所述模板复刻到子模版；

在所述波导基底上旋涂一层压印胶；

通过机械力使所述子模版和所述波导基底结合；

通过紫外固化方式使所述波导基底的压印胶成型；

将所述波导基底脱离所述子模版；

去除所述波导基底上的残胶，得到所述超构表面耦合元件。

在一些实施例中，所述将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件，包括：

采用紫外固化纳米压印、热压印和软刻蚀的至少一种方式，将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种超构表面耦合元件的制作方法，包括：将所需超构表面耦合元件的相位分布匹配预设结构数据库，获得目标纳米结构单元，根据目标纳米结构单元获得超构表面耦合元件的加工版图，其中，预设结构数据库包括至少两个纳米结构单元和其对应的相位响应分布图；提供一衬底，在衬底上镀一层金属或电介质材料的薄膜；在薄膜上涂布一层光刻胶；根据加工版图，进行光刻、刻蚀和去胶，得到超构表面耦合元件的模板；将模板压印至波导基底，得到超构表面耦合元件。通过本发明制作的超构表面耦合元件能够应用于光波导中，不仅能消色差，且加工难度低。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种超构表面耦合元件的制作流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种超构表面耦合元件的制作流程图；

图3是本发明实施例提供的又一种超构表面耦合元件的制作流程图；

图4是本发明实施例提供的一种相位响应分布图；

图5是本发明实施例提供的一种相位分布图；

图6是本发明实施例提供的一种纳米结构单元的设计图；

图7是本发明实施例提供的另一种纳米结构单元的设计图；

图8是图7对应的相位响应分布图；

图9是图7对应的相位匹配结果示意图；

图10为本发明实施例提供的一种加工版图；

图11是本发明实施例提供的一种制作方法示意图；

图12是本发明实施例提供的一种对子模版的纳米压印示意图；

图13是图10对应的验证效果图；

图14是本发明实施例提供的一种AR眼镜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。此外，本文所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种超构表面耦合元件的制作流程图，所述制作方法包括如下步骤：

步骤S1：将所需超构表面耦合元件的相位分布匹配预设结构数据库，获得目标纳米结构单元，根据所述目标纳米结构单元获得所述超构表面耦合元件的加工版图，其中，所述预设结构数据库包括至少两个纳米结构单元和所述纳米结构单元对应的相位响应分布图；

具体地，当不同波长的入射光以相同的入射角入射到透明材料的不同位置后，不同波长的出射光会存在相位差；或者，当相同波长的入射光以不同的入射角入射波导基底的透明材料的不同位置后，不同入射角的出射光也同样会存在相位差。通过设计好的超构表面耦合元件来补偿这些相位差，可以达到消色差的目的。在设计超构表面耦合元件时，可以选定一个基础波长，并计算出相同入射角下、其他波长在透明材料的不同位置时与基础波长之间的相位差，得到所需超构表面耦合元件在透明材料不同位置的相位分布；或者，可以选定一个基础入射角，计算出相同波长下、其他入射角入射透明材料的不同位置时与基础入射角之间的相位差，得到所需超构表面耦合元件在透明材料不同位置的相位分布。一般，在设计过程中，基础波长选取入射光中的最大波长，当然，在实际应用中，选定的基础波长和基础入射角可自由设置，不需要拘泥于本发明实施例中的限定。

同时，通过预先排布至少两个不同的纳米结构单元，并对所述至少两个不同的纳米结构单元分别以不同波长的入射光、不同入射角进行扫描，得到所述纳米结构单元在不同波长入射光下和不同入射角下的相位响应；并且基于所述基础波长，去计算其他波长与基础波长之间的相位差，得到纳米结构单元的相位响应分布图，从而可以构建一个结构数据库。

请参阅图4，图4为某一波长入射光扫描纳米结构的相位响应分布图，图4的横坐标表示纳米结构以某一波长入射光扫描时能改变的相位大小，纵坐标表示该纳米结构以某一波长入射光扫描时改变的相位与该纳米结构以基础波长入射光扫描时改变的相位的差值，即该纳米结构以某一波长入射光扫描时与以基础波长入射光扫描时的相位差大小，也为色差。一般在设计过程中，基础波长选取入射光中的最大波长。首先，设计不同参数下的纳米结构单元，并且用不同波长的入射光对设计好的纳米结构单元进行扫描仿真，接着根据不同纳米结构单元和所述不同纳米结构单元在不同波长入射光下的相位响应，从而构建出结构数据库，如图4中的区域A所示。图4中的斜线B表示所需制作的超构表面耦合元件在波导基底不同位置时所需的相位分布，通过在结构数据库中对不同位置的纳米结构单元进行选取，最终可以得到所需的超构表面耦合元件的加工版图。

为了能够选取较合适的纳米结构单元，在其中一些实施例中，可以使用最小误差算法对所述相位分布与所述结构数据库进行匹配，从而获得在透明材料不同位置的目标纳米结构单元，进而获得所需的超构表面耦合元件的加工版图。

在其中一些实施例中，请参阅图2，所述方法还包括：

步骤S10：计算不同波长的入射光以相同入射角入射波导基底的不同位置时产生的相位分布情况，或者，计算相同波长的入射光以不同的入射角入射波导基底的不同位置时产生的相位分布情况，得到所述所需超构表面耦合元件的相位分布。

对于传统的透明材料，例如棱镜，对较长波长的偏转角度较小，但对于衍射透镜和光栅，则对较长波长的偏转角度较大。大多数透明材料在可见光波段的折射率都是随着波长的增大而减小的，不同的折射率会引起不同波长入射光在同一个地方会出现不同角度的偏转。通过以下公式计算出不同波长下随透明材料的坐标变化的相位分布：

其中，

为不同波长的入射光在透明材料的不同位置改变的相位，λ_i为入射光的波长，θ₀为入射光的偏折角度，x为不同透明材料的结构单元中心点所处的位置，所述公式为随透明材料的位置改变所体现的相位的变化规律。当透明材料为波导基底时，通过上述公式可以分别研究波导基底对不同入射角度、以及不同波长的光束的响应规律及传递规律，从而计算出在相同入射角下、不同波长的入射光随波导基底的坐标变化的相位分布情况，或者，计算出在相同波长入射光下，不同入射角度的入射光随波导基底的坐标变化的相位分布情况。

例如，请参阅图5，图5为在入射光偏折角度为10°时，不同波长的入射光随着横坐标增大的相位分布图，横坐标为波导基底的坐标位置，纵坐标表示不同波长入射光下在不同坐标位置体现的相位。由图5可见，在相同的坐标位置上不同波长的光有着不同的相位分布情况，即不同波长的光在相同的坐标位置上存在着相位差

为此，通过计算出每个位置上、不同波长的入射光与基础波长之间的相位差，从而得到所需制作的超构表面耦合与元件每个位置上所需的相位分布，接着，再将所述相位分布和预设的结构数据库进行匹配，得到目标纳米结构单元，可以将不同波长的光的相位差

进行补偿，从而达到消色差的目的。

在其中一些实施例中，请参阅图2，所述方法还包括：

步骤S11：对超构表面耦合元件上纳米结构单元的纳米柱的数目、纳米柱的位置进行排布，得到不同的纳米结构单元；

具体地，可参阅图6，如图6左图所示为一个纳米结构单元，其包括介质衬底100和设置在介质衬底上的至少一个纳米柱200，在一些实施例中，所述纳米结构单元的周期范围为0nm-1000nm，所述纳米柱200的高度范围为0nm-1500nm，其中，纳米结构单元的周期范围为一个纳米结构单元所占的介质衬底100的长度范围。通过对不同纳米结构单元的纳米柱的数量和纳米柱的位置、结构进行任意排布，可以得到不同的纳米结构单元。例如，请参阅图6左图，在一个纳米结构单元内设立两个纳米柱200，并且纳米柱200的位置和纳米柱200的结构不固定，这样，在该纳米结构单元中，间断点有两个，可供设计的自由参数有四个，分别为W1、W2、W3和W4；再参阅图6右图，在一个纳米结构单元内设立三个纳米柱200，并且纳米柱200的位置和结构不固定，这样，在该纳米结构单元中，间断点有四个，可供设计的自由参数有六个，分别为W5、W6、W7、W8、W9和W10。通过对这两种纳米结构单元中的设计参数进行自由设置，可以得到不同的纳米结构单元。在实际应用中，一个纳米结构单元中的纳米柱的数量、位置和结构均可自由设置，选择的设计参数也可以自由选择，在此不需要拘泥于本发明实施例中的限定。

步骤S12：采用不同波长的入射光对所述不同的纳米结构单元进行扫描，得到所述不同的纳米结构单元改变的相位，以获得所述纳米结构单元的相位响应分布图；

具体地，在步骤S11中通过改变纳米结构单元中纳米柱的数量和位置，得到不同的纳米结构单元，接着，采用不同波长的入射光对所述不同的纳米结构单元进行扫描，再分别以不同的入射角进行扫描，得到所述不同的纳米结构单元在不同波长下、不同的入射角下改变的相位，并且，可以选定一个基础波长，并计算出其他波长与基础波长之间的相位差，从而获得所述纳米结构单元的相位响应分布图。一般，基础波长选定为入射光中的最大波长，在实际应用中，基础波长可自由设置，不需拘泥本发明实施例中的限定。

步骤S13：基于所述纳米结构单元和所述纳米结构单元对应的所述相位响应分布图构建结构数据库。

具体地，请参阅图7左图，在一个纳米结构单元中只设立一个纳米柱，则在该纳米结构单元中没有间断点，同时，该纳米柱的结构和位置固定，那么在该纳米结构单元中，可供设计的自由参数只有一个为W0，同时请参阅图7右图，在一个纳米结构单元中设立两个纳米柱，在该纳米结构单元中有两个间断点，同时，所述两个纳米柱的位置、结构不固定，在该纳米结构单元中，可供设计的自由参数有四个，分别为W1、W2、W3和W4，通过对这两种纳米结构单元中的设计参数进行自由设置，可以得到不同的纳米结构单元。

接着，分别在入射光偏折角度为10°下、用红光、绿光和蓝光对上述中获得的不同纳米结构单元进行扫描，得到不同纳米结构单元在不同的设计参数下、以及在不同波长的入射光下体现的相位大小；并且以红光为基础相位，分别计算出红光与蓝光的相位差、红光与绿光的相位差、以及红光与红光的相位差，得到不同纳米结构单元在不同的设计参数下、以及在不同波长的入射光下和基础波长的相位差，根据所述相位大小和所述相位差得到所述纳米结构单元的相位响应分布图。请参阅图8，图8为不同波长下的纳米结构单元的相位响应分布图，其中，a图为蓝光下纳米结构单元的相位响应分布图，b图为绿光下纳米结构单元的相位响应分布图，c图为红光下纳米结构单元的相位响应分布图，实心点代表的是图7左图的纳米结构单元，十字代表的是图7右图的纳米结构单元。然后，根据这些纳米结构单元和纳米结构单元对应的相位响应分布图构建结构数据库。例如，可利用基于有限差分方法进行分析的软件进行构建结构数据库。

最后，利用最小误差法对结构数据库与前述得到的相位分布进行一一匹配，如图9所示为不同波长的相位匹配结果示意图，图9a为不同波长的匹配结果线性图，图9b为红光的匹配结果，图9c为绿光的匹配结果，图9d为蓝光的匹配结构，最后再根据所述相位匹配结构进行选取合适的目标结构单元，并将所述目标结构单元进行排布，最终获得所需的超构表面耦合元件的加工版图如图10所示。在其中一些实施例中，所述加工版图中的目标结构单元呈现一定的周期排布。

在得到所需的超构表面耦合元件的加工版图后，可继续下述步骤进行制作超构表面耦合元件：

步骤S2：提供一衬底，在所述衬底上镀一层薄膜，其中，所述薄膜的材料为金属或电介质；

具体地，请参阅图11a，首先提供一衬底10，例如，衬底可以选择PET基材；接着，请参阅图11b，在所述衬底10上利用测控溅射的方法在衬底10表面镀一层具有特定高度的铬薄膜20。在其他一些实施例中，可以采用溅射、热蒸发和电子束蒸发的至少一种方式，在所述衬底10表面镀一层金属薄膜20。在其他一些实施例中，还可以采用ALD沉积的方式，在所述衬底10表面镀一层电介质材料的薄膜。在实际应用中，镀膜方法可以为其他合适的镀膜方法，衬底10的材料也可以为其他合适的材料，薄膜20的材料可以是金属材料或者电介质材料，三者均可按实际需要进行设置，在此不需要拘泥于本发明实施例中的限定。

步骤S3：在所述薄膜上涂布一层光刻胶；

具体地，请参阅图11c，在镀有金属薄膜20的表面上旋涂一层正性光刻胶30后，在烘烤温度为150℃下，对所述正性光刻胶30进行烘烤3分钟至5分钟。在其中一些实施例中，所述正性光刻胶30为聚甲基丙烯酸甲酯或者是ZEP。在实际应用中，正性光刻胶30可以为其他合适的正性光刻胶，烘烤温度只要在180℃以下均可自由设置，在此不需要拘泥于本发明实施例中的限定。

步骤S4：根据所述加工版图，对所述光刻胶进行光刻；

具体地，按照已经设计好的加工版图在光刻胶层进行定位或对准，接着用电子束对光刻胶进行曝光，使加工版图的图形转移到光刻胶层上，曝光结束后对光刻胶层进行显影和定影，显影和定影的时间分别为1分钟，将加工版图的图形转移到光刻胶层，如图11d所示。在其他一些实施例中，可以采用紫外曝光、极紫外曝光和纳米压印的至少一种方式，对所述光刻胶进行光刻。一般，显影和定影的时间不超过3分钟，在实际应用中，光刻方法可以为其他合适的光刻方法，显影和定影的时间也可以自由设置，在此不需要拘泥于本发明实施例中的限定。

步骤S5：刻蚀掉未被所述光刻胶覆盖的薄膜，去除残余的光刻胶，得到所述超构表面耦合元件的模板；

具体地，可以利用感应耦合等离子体刻蚀方法刻蚀掉未被所述光刻胶覆盖的薄膜，从而可以将加工版图的图形转移到薄膜层，如图11e所示，接着，利用去胶液将薄膜上附着的残余的光刻胶去掉，得到已经具备所需图形的薄膜层，即为所述超构表面耦合元件的模板40。在其他一些实施例中，刻蚀方法可以为其他合适的刻蚀方法，去胶液也可以选择合适的去胶液，二者均可按实际需要进行设置，不需要拘泥于本发明实施例中的限定。

步骤S6：将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件。

具体地，波导基底可以选择SF11玻璃，在所述波导基底上涂布一层压印胶，接着，采用紫外固化纳米压印技术将所述模板压印至波导基底中，得到所述超构表面耦合元件。其中，压印胶可以选用V50胶。在其他一些实施例中，可以采用热压印和软刻蚀的至少一种方式，将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件。在实际应用中，压印方法可以为其他合适的压印方法，波导基底和压印胶的材料也可以为其他合适的材料，在此不需要拘泥于本发明实施例中的限定。

在得到制作好的超构表面耦合元件的模板后，可以如上述实施例中，直接用制作好的模板直接进行压印至波导基底，在其他一些实施例中，也可以将已经制备好的模板先转印到子模版，接着，再将子模版进行压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件。例如，所述将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件，还包括：

将所述模板复刻到子模版；

在所述波导基底上旋涂一层压印胶；

通过机械力使所述子模版和所述波导基底结合；

通过紫外固化方式使所述波导基底的压印胶成型；

将所述波导基底脱离所述子模版；

去除所述波导基底上的残胶，得到所述超构表面耦合元件。

具体地，请参阅图12，图12为对子模版的纳米压印流程图，首先，如图12a所示,在制作好的模板40上涂布第一压印胶层51；接着提供一衬底61，通过机械力使衬底61和模板40结合，可以所述第一压印胶层51黏附至衬底41，并且将所述模板40的图形转移到第一压印胶层51，复制得到所述超构表面耦合元件的子模版60，如图12b所示；然后，参阅图12c，再准备一波导基底42，在所述波导基底42上涂布第二压印胶层52；接着，参阅图12d和图12e，通过机械力使所述子模版60和所述波导基底42结合，同时通过紫外固化的方式使所述第二压印胶层42成型，从而将图形转移至第二压印胶层42；接着，参阅图12f，将所述波导基底12脱离所述子模版60；最后，再将所述波导基底12上的残胶进行清洗，得到所述超构表面耦合元件70。为了增加第二压印胶层52与波导基底42之间的粘附性，在其他一些实施例中，可以在所述第二压印胶层52和所述波导基底42之间添加一层增粘剂。在实际应用中，复制子模版和将所述子模版转印至波导基底的方式可以根据实际需要进行设置，不需要拘泥于本发明实施例中的限定。

下面，对制作好的超构表面耦合元件进行验证，即将进行消色差设计的波导基底的光束偏折结果和未进行消色差设计的波导基底的光束偏折结果进行对比。请参阅图13，图13为不同波长下的远场偏折的验证效果示意图。其中，图13a为进行消色差设计的光束偏折效果图，图13b为未进行消色差设计的光束偏折效果图，从图中可以看出进行消色差设计后，不同波长下波导基底的光束偏折角度相差较少。图13c为蓝光的验证结果，图13d为绿光的验证结果，图13e为红光的验证结果，通过验证结果，可得知该制作方法得到的超构表面耦合元件可以用来消色差。

同时，该超构表面耦合元件可应用于光波导中，通过进一步的设计，可以将设计好的超构表面耦合元件设置于光波导中的耦入区域、耦出区域和/或扩展区域。例如，先对不同纳米结构单元进行设计，以及通过匹配相位设计出消色差的超构表面耦合元件，接着，请参阅图14，通过高保真转移的方法将制备好的超构表面耦合元件转移到AR眼镜300上，所述超构表面耦合元件可设置于波导基底310上的耦入区域311、耦出区域312和/或扩展区域313，从而得到消色差的AR眼镜300。本发明实施例提供的制作方法设计自由度高，且加工难度低，降低了加工成本，有利于批量生产。

本发明实施例中提供一种超构表面耦合元件的制作方法，包括：将所需超构表面耦合元件的相位分布匹配预设结构数据库，获得目标纳米结构单元，根据目标纳米结构单元获得超构表面耦合元件的加工版图，其中，预设结构数据库包括至少两个纳米结构单元和其对应的相位响应分布图；提供一衬底，在衬底上镀一层金属或电介质材料的薄膜；在薄膜上涂布一层光刻胶；根据加工版图，进行光刻、刻蚀和去胶，得到超构表面耦合元件的模板；将模板压印至波导基底，得到超构表面耦合元件。通过本发明制作的超构表面耦合元件能够应用于光波导中，不仅能消色差，且加工难度低。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超构表面耦合元件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

对超构表面耦合元件上纳米结构单元的纳米柱的数目、纳米柱的位置进行排布，得到不同的纳米结构单元；

采用不同波长的入射光对所述不同的纳米结构单元进行扫描，得到所述不同的纳米结构单元改变的相位、以及所述不同的纳米结构单元在不同波长下体现的相位与基础波长下体现的相位之间的相位差，以获得所述纳米结构单元的相位响应分布图；

基于所述纳米结构单元和所述纳米结构单元对应的所述相位响应分布图构建预设结构数据库；

将所需超构表面耦合元件的相位分布匹配所述预设结构数据库，获得目标纳米结构单元，根据所述目标纳米结构单元获得所述超构表面耦合元件的加工版图，其中，所述预设结构数据库包括至少两个纳米结构单元和所述纳米结构单元对应的相位响应分布图，其中，所述相位分布包括所述所需超构表面耦合元件在不同位置上的相位和相位差；

提供一衬底，在所述衬底上镀一层薄膜，其中，所述薄膜的材料为金属或电介质；

在所述薄膜上涂布一层光刻胶；

根据所述加工版图，对所述光刻胶进行光刻；

刻蚀掉未被所述光刻胶覆盖的薄膜，去除残余的光刻胶，得到所述超构表面耦合元件的模板；

将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件。

2.根据权利要求1所述的制作方法，所述方法还包括：

计算不同波长的入射光以相同入射角入射波导基底的不同位置时产生的相位分布情况，或者，计算相同波长的入射光以不同的入射角入射波导基底的不同位置时产生的相位分布情况，得到所述所需超构表面耦合元件的相位分布。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述纳米结构单元的周期范围为0nm-1000nm、所述纳米柱的高度范围为0nm-1500nm。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述将所需超构表面耦合元件的相位分布匹配预设结构数据库，获得目标纳米结构单元，包括：

使用最小误差算法对所述相位分布与所述结构数据库进行匹配，获得目标纳米结构单元。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述衬底上镀一层薄膜，包括：

采用溅射、磁控溅射、热蒸发和电子束蒸发的至少一种方式，在所述衬底表面镀一层金属薄膜，或者，采用ALD沉积的方式，在所述衬底表面镀一层电介质材料的薄膜。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述薄膜上涂布一层光刻胶，包括：

在所述薄膜上旋涂一层正性光刻胶后，对所述正性光刻胶进行烘烤。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述正性光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯或者是ZEP。

8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述对所述光刻胶进行光刻，包括：

采用电子束曝光、紫外曝光、极紫外曝光和纳米压印的至少一种方式，对所述光刻胶进行光刻。

9.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件，还包括：

将所述模板复刻到子模版；

在所述波导基底上旋涂一层压印胶；

通过机械力使所述子模版和所述波导基底结合；

通过紫外固化方式使所述波导基底的压印胶成型；

将所述波导基底脱离所述子模版；

去除所述波导基底上的残胶，得到所述超构表面耦合元件。

10.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件，包括：

采用紫外固化纳米压印、热压印和软刻蚀的至少一种方式，将所述模板压印至波导基底，得到所述超构表面耦合元件。

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