CN114966915A - 一种对称型超表面光学器件 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种对称型超表面光学器件，该对称型超表面光学器件包括衬底和对称设置在衬底端面之上的多个纳米柱，其中，多个纳米柱的光学属性不同。纳米柱的排列分布符合以下规则：多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，多个纳米柱的对称中心与衬底的中心不重合；多个纳米柱的对称中心与衬底的中心重合时，多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱非均匀对称分布。纳米柱按照所述规则设置在衬底上，进而可将入射光耦合进对称型超表面光学器件中，同时对称型超表面光学器件可作为非对称性光波导，更改对称型超表面光学器件垂直于轴向的光学属性，从而可以消除非对称性像差。
Description
技术领域
本申请实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种偏圆心对称超表面光学器件。
背景技术
成像原理是光学器件(例如透镜)对原物出射的光线进行一系列处理，将处理后的光线汇聚以得到原物的像。然而，光学器件在制作时很难达到理想的光学处理属性，所以，处理后的光线的成像与原物的实际形象存在差别，该差别在光学领域被称为“像差”。像差包括对称性像差和非对称性像差。
常规的一种光学器件是超表面器件，超表面结构是指通过纳米柱组成的能实现传统光学材料不能实现的性能的一类光学材料。为了消除超表面器件或系统中其他光学器件的像差，一种常用的超表面器件的结构是，超表面器件的各纳米柱基于极坐标对称，纳米柱排布结构的圆心与器件中心重合。
对称性像差一般通过更改光学器件的轴向光学属性来消除，而对非对称性像差需要更改垂直于光学器件轴向的光学属性来消除，纳米柱极坐标对称的结构作为对称性光波导，仅改变了轴向光学属性，而未改变垂直于轴向的光学属性，因此，无法消除非对称性的像差。
发明内容
本申请实施例提供了一种对称型超表面光学器件，能够解决常规超表面光学器件无法消除非对称性像差的问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下技术方案：
一种对称型超表面光学器件，包括：衬底和对称设置在所述衬底端面之上的多个纳米柱，其中，所述多个纳米柱的光学属性不同；
所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心重合时，所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱非均匀对称分布；或者，
所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心不重合。
一些可选实施方式中，所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心不重合包括：所述多个纳米柱排布为至少两个对称区域，其中，所述至少两个对称区域中的每个对称区域包括一个对称中心。
一些可选实施方式中，所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心不重合包括：所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱在所述衬底端面上基于极坐标周期排列，所述极坐标的原点为所述多个纳米柱排布结构的对称中心；其中，所述周期排列是指按照预设的排列规则进行排列，所述预设的排列规则包括对应每个纳米队列，该队列中相同光学属性的纳米柱的数量，以及不同光学属性的纳米柱的位置，及相邻的纳米柱的距离。
一些可选实施方式中，所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心不重合，包括：在所述衬底的端面上按照相互垂直的行和列周期排列所述多个纳米柱。
一些可选实施方式中，所述多个纳米柱任一纳米柱的横截面形状包括以下任一种：圆形、方形、星形、环形、五边形和六边形。
一些可选实施方式中，所述多个纳米柱的材料包括至少两种，所述至少两种材料的色散系数、折射率和吸收系数中的至少一项不同。
一些可选实施方式中，所述多个纳米柱中的第一部分纳米柱中任一纳米柱的材料是同一种材料，所述多个纳米柱中的第二部分纳米柱中的任一纳米柱的材料与第一材料不同。
一些可选实施方式中，所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心重合时，所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱非均匀对称排布包括：所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱基于对称中心涡旋对称，所述多个纳米柱中不同光学属性的纳米柱在所述涡旋对称结构中相邻。
为解决常规超表面光学器件存在的问题，本申请实例提出了一种对称型超表面光学器件，该对称型超表面光学器件包括衬底和对称设置在所述衬底端面之上的多个纳米柱，其中，所述多个纳米柱的光学属性不同。本方案中，纳米柱的排列分布符合以下规则：多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心不重合；多个纳米柱的对称中心与衬底的中心重合时，多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱非均匀对称分布。纳米柱按照所述规则设置在衬底上，进而可将入射光耦合进所述对称型超表面光学器件中，同时对称型超表面光学器件可作为非对称性光波导，更改对称型超表面光学器件垂直于轴向的光学属性，从而消除非对称性像差。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例示出的一种对称型超表面光学器件结构示意图；
图2是本发明实施例示出的超表面结构侧面示意图；
图3是本发明实施例示出的纳米柱极坐标周期排列分布示意图；
图4是本发明实施例示出的纳米柱涡旋分布示意图。
图1至图4中的标号指示的部件分别为：1衬底的中心，2多个纳米柱的对称中心，3衬底，4纳米柱，5极坐标原点。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例的技术方案进行描述。
本申请以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，尽管在以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述某一类对象，但所述对象不应限于这些术语。这些术语仅用来将该类对象的具体对象进行区分。以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述的其他类对象同理，此处不再赘述。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明的实施例提出一种对称型超表面光学器件，包括：衬底3和对称设置在衬底端面之上的多个纳米柱4，其中，所述多个纳米柱4的光学属性不同；其中，多个纳米柱的对称中心指的是纳米柱结构区域的对称中心，衬底的中心1即为该对称型超表面光学器件的中心。纳米柱结构区域的对称中心与衬底的中心1重合时，多个纳米柱4中相同光学属性的纳米柱非均匀对称分布；或者，多个纳米柱4中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，纳米柱结构区域的对称中心与衬底的中心1不重合。
该实施例中，衬底3的材料通常为晶圆，但衬底3的材料包括但不限于本实施例中的晶圆，也可以为其他材料。多个纳米柱按照预设的阵列排列在衬底端面上，由于纳米柱光学属性的差异主要依赖于柱体的形状和材料等，通过纳米柱不同的材料、位置、形状、周期、排列、高度等，可以达到多个纳米柱非均匀对称分布或均匀对称分布的排列效果。
可见，采用本实现方式，提供了一种对称型超表面光学器件，该对称型超表面光学器件包括衬底和对称设置在衬底端面之上的多个纳米柱，纳米柱按照预设规则设置在衬底上，进而可将入射光耦合进所述对称型超表面光学器件中，同时对称型超表面光学器件可作为非对称性光波导，更改对称型超表面光学器件垂直于轴向的光学属性，从而消除非对称性像差。
在本发明的一些实施方式中，多个纳米柱4中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，多个纳米柱4的对称中心与衬底3的中心不重合包括：多个纳米柱排布为至少两个对称区域，其中，至少两个对称区域中的每个对称区域包括一个对称中心。
该实施例中，多个纳米柱4中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布，纳米柱结构区域的对称中心与衬底的中心1不重合的情况包括第一种情况：衬底端面上的多个纳米柱通过其不同的材料、位置、形状、周期、排列、高度等，排布在两个对称区域中，每个对称区域都有一个对称中心，这两个对称中心至少一个不与衬底的中心重合。当然，衬底端面上纳米柱排布的对称区域数量可以不是2，也可以大于2，这些对称中心至少一个不与衬底的中心1重合。
在本发明的一些实施方式中，多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，多个纳米柱4的对称中心与衬底的中心不重合包括：多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱在衬底3端面上基于极坐标周期排列，极坐标的原点5为多个纳米柱排布结构的对称中心；其中，周期排列是指按照预设的排列规则进行排列，所述预设的排列规则包括对应每个纳米队列，该队列中相同光学属性的纳米柱的数量，以及不同光学属性的纳米柱的位置，及相邻的纳米柱的距离。
该实施例中，多个纳米柱4中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布，纳米柱结构区域的对称中心与衬底的中心1不重合的情况包括第二种情况：通过对相同光学属性纳米柱的数量，不同光学属性纳米柱的位置以及相邻纳米柱的间距进行计算，使多个纳米柱按照极坐标周期排列，如图3，而极坐标原点5即为该纳米柱极坐标周期排列区域的中心，不与衬底的中心1重合。
在本发明的一些实施方式中，多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，多个纳米柱的对称中心与衬底的中心不重合包括：在所述衬底的端面上按照相互垂直的行和列周期排列所述多个纳米柱。
该实施例中，多个纳米柱4中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布，纳米柱结构区域的对称中心与衬底的中心1不重合的情况包括第三种情况：通过对相同光学属性纳米柱的数量，不同光学属性纳米柱的位置以及相邻纳米柱的间距进行计算，使多个纳米柱按照在衬底端面上按照相互垂直的行和列周期排列。
当然，多个纳米柱4中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布，纳米柱结构区域的对称中心与衬底的中心1不重合的情况不限于上述的三种情况，还可以有别的情况。
在本发明的一些实施方式中，多个纳米柱任一纳米柱的横截面形状包括以下任一种：圆形、方形、星形、环形、五边形和六边形。
该实施例中，多个纳米柱的横截面形状有圆形、方形和星形，当然纳米柱的形状可以不限于本实施例中的形状，还可以是别的形状。
在本发明的一些实施方式中，多个纳米柱的材料包括至少两种，所述至少两种材料的色散系数、折射率和吸收系数中的至少一项不同。
在本发明的一些实施方式中，多个纳米柱中的第一部分纳米柱中任一纳米柱的材料是同一种材料，所述多个纳米柱中的第二部分纳米柱中的任一纳米柱的材料与第一材料不同。
该实施例中，多个纳米柱的材料有两种，这两种材料的色散系数、折射率和吸收系数均不同，第一部分纳米柱包括至少一个纳米柱，具体数量应该根据超表面光学器件的功能设计进行确定；第一部分纳米柱中的每个纳米柱均由同一种材料构成；第二部分纳米柱的材料和第一部分纳米柱的材料不同。当然纳米柱的材料种类也可以多于两种，这些纳米柱的材料中至少两种材料的光学属性不同，而光学属性不同只要实施例中的色散系数、折射率和吸收系数等参数至少一项不同即可。
在本发明的一些实施方式中，多个纳米柱4的对称中心与衬底的中心1重合时，多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱非均匀对称排布包括：所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱基于对称中心涡旋对称，所述多个纳米柱中不同光学属性的纳米柱在所述涡旋对称结构中相邻。
该实施例中，纳米柱结构区域的对称中心与衬底的中心1重合，多个纳米柱4中相同光学属性的纳米柱非均匀对称排布的情况包括：如图4所示的涡旋对称是非均匀分布的，相同光学属性的那部分纳米柱呈涡旋对称排布，不同光学属性的纳米柱在该涡旋对称的结构中相邻排布，涡旋对称的中心与衬底的中心1重合。
综上，采用本申请实施例所述结构的对称型超表面光学器件，其纳米柱按照预设规则设置在器件的衬底上，进而可将入射光耦合进对称型超表面光学器件中，同时该对称型超表面光学器件可作为非对称性光波导，更改对称型超表面光学器件垂直于轴向的光学属性，从而消除非对称性像差。
尽管已描述了本申请的可选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种对称型超表面光学器件，其特征在于，
所述对称型超表面光学器件包括：衬底和对称设置在所述衬底端面之上的多个纳米柱，其中，所述多个纳米柱的光学属性不同；
所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心重合时，所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱非均匀对称分布；或者，
所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心不重合。
2.根据权利要求1所述的对称型超表面光学器件，其特征在于，所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心不重合包括：所述多个纳米柱排布为至少两个对称区域，其中，所述至少两个对称区域中的每个对称区域包括一个对称中心。
3.根据权利要求1所述的对称型超表面光学器件，其特征在于，所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心不重合包括：所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱在所述衬底端面上基于极坐标周期排列，所述极坐标的原点为所述多个纳米柱排布结构的对称中心；
其中，所述周期排列是指按照预设的排列规则进行排列，所述预设的排列规则包括对应每个纳米队列，该队列中相同光学属性的纳米柱的数量，以及不同光学属性的纳米柱的位置，及相邻的纳米柱的距离。
4.根据权利要求1所述的对称型超表面光学器件，其特征在于，所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱均匀对称排布时，所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心不重合，包括：
在所述衬底的端面上按照相互垂直的行和列周期排列所述多个纳米柱。
5.根据权利要求1所述的对称型超表面光学器件，其特征在于，所述多个纳米柱任一纳米柱的横截面形状包括以下任一种：圆形、方形、星形、环形、五边形和六边形。
6.根据权利要求1所述的对称型超表面光学器件，其特征在于，所述多个纳米柱的材料包括至少两种，所述至少两种材料的色散系数、折射率和吸收系数中的至少一项不同。
7.根据权利要求6所述的对称型超表面光学器件，其特征在于，所述多个纳米柱中的第一部分纳米柱中任一纳米柱的材料是同一种材料，所述多个纳米柱中的第二部分纳米柱中的任一纳米柱的材料与第一材料不同。
8.根据权利要求1所述的对称型超表面光学器件，其特征在于，所述多个纳米柱的对称中心与所述衬底的中心重合时，所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱非均匀对称排布包括：
所述多个纳米柱中相同光学属性的纳米柱基于对称中心涡旋对称，所述多个纳米柱中不同光学属性的纳米柱在所述涡旋对称结构中相邻。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: Unit G1-802, Artificial Intelligence Industrial Park, No. 88 Jinjihu Avenue, Suzhou Industrial Park, Jiangsu Province, 215000 Applicant after: Suzhou Shanhe Photoelectric Technology Co.,Ltd. Address before: 300450 Tianjin Binhai New Area Economic and Technological Development Zone Binhai Zhongguancun Science and Technology Park No. 015, zone B, floor 2, building 3, zone 1, Huatang Ruicheng Applicant before: Tianjin Shanhe Photoelectric Technology Co.,Ltd. |