CN216696740U - 超表面光学器件及光学设备 - Google Patents

Abstract

提供一种超表面光学器件及光学设备。超表面光学器件包括：衬底；以及位于衬底上的纳米结构层，纳米结构层包括多个复合纳米单元，每个复合纳米单元包括在衬底上排列的多个纳米结构单元，其中，多个复合纳米单元的排列周期不完全相同，并且其中，在每个复合纳米单元中，多个纳米结构单元的排列周期不完全相同。本公开实施例技术方案可以改善超表面光学器件的光学性能。

Description

超表面光学器件及光学设备

技术领域

本公开涉及超表面技术领域，特别是涉及一种超表面光学器件及光学设备。

背景技术

超表面是指一种尺寸小于波长的人工二维材料。超表面的基本结构单元为纳米结构单元，其尺寸小于工作波长，处于纳米量级。超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。

超表面具有超轻超薄的性质，基于超表面制作的超表面光学器件，相比于传统光学器件，具有光学性能优异，体积小、可集成度高等优势，在未来的便携式小型化设备例如增强现实穿戴设备、虚拟现实穿戴设备、移动终端镜头等应用上前景广阔。

如何改善超表面光学器件的光学性能，是本领域技术人员致力研发的重要方向。

实用新型内容

本公开实施例提供了一种超表面光学器件及光学设备，以改善超表面光学器件的光学性能。

根据本公开的一个方面，提供一种超表面光学器件，包括：衬底；以及位于所述衬底上的纳米结构层，所述纳米结构层包括多个复合纳米单元，每个所述复合纳米单元包括在所述衬底上排列的多个纳米结构单元，其中，所述多个复合纳米单元的排列周期不完全相同，并且其中，在每个复合纳米单元中，所述多个纳米结构单元的排列周期不完全相同。

根据本公开的另一个方面，提供一种光学设备，包括前述任一实施例的超表面光学器件。

根据本公开的一个或多个实施例，基于复合纳米单元的变周期排列设计以及复合纳米单元中纳米结构单元的变周期排列设计，可以对不同色光的光程差进行优化调整，从而可以调整超表面光学器件的色差，例如减小超表面光学器件的色差或者增大超表面光学器件的色差，从而改善超表面光学器件的光学性能。

根据在下文中所描述的实施例，本公开的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。

附图说明

在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：

图1是使用传统透镜成像产生色差的原理示意图；

图2是使用超表面光学器件成像产生色差的原理示意图；

图3A是本公开一些实施例的超表面光学器件的结构示意图；

图3B是图3A中的A-A向截面结构示意图；

图4是本公开一些实施例的超表面光学器件的多个复合纳米单元的一种排列示意图；

图5A是不同色光经过相关技术中的一种超表面光学器件后，光强的归一化值随焦距变化的曲线图；

图5B是不同色光经过本公开一实施例的超表面光学器件后，光强的归一化值随焦距变化的曲线图；

图5C是不同色光经过本公开另一实施例的超表面光学器件后，光强的归一化值随焦距变化的曲线图；以及

图6是本公开一些实施例的光学设备的结构示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区、层和/或部分，但是这些元件、部件、区、层和/或部分不应当由这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分相区分。因此，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可以被称为第二元件、部件、区、层或部分而不偏离本公开的教导。

诸如“在…下面”、“在…之下”、“较下”、“在…下方”、“在…之上”、“较上”等等之类的空间相对术语在本文中可以为了便于描述而用来描述如图中所图示的一个元件或特征与另一个 (些)元件或特征的关系。将理解的是，这些空间相对术语意图涵盖除了图中描绘的取向之外在使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果翻转图中的器件，那么被描述为“在其他元件或特征之下”或“在其他元件或特征下面”或“在其他元件或特征下方”的元件将取向为“在其他元件或特征之上”。因此，示例性术语“在…之下”和“在…下方”可以涵盖在…之上和在…之下的取向两者。诸如“在…之前”或“在…前”和“在…之后”或“接着是”之类的术语可以类似地例如用来指示光穿过元件所依的次序。器件可以取向为其他方式(旋转90度或以其他取向)并且相应地解释本文中使用的空间相对描述符。另外，还将理解的是，当层被称为“在两个层之间”时，其可以是在该两个层之间的唯一的层，或者也可以存在一个或多个中间层。

本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不意图限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所述及特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意和全部组合，并且短语“A和B中的至少一个”是指仅A、仅B、或A和B两者。

将理解的是，当元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“连接到另一个元件或层”、“耦合到另一个元件或层”或“邻近另一个元件或层”时，其可以直接在另一个元件或层上、直接连接到另一个元件或层、直接耦合到另一个元件或层或者直接邻近另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接连接到另一个元件或层”、“直接耦合到另一个元件或层”、“直接邻近另一个元件或层”时，没有中间元件或层存在。然而，在任何情况下“在…上”或“直接在…上”都不应当被解释为要求一个层完全覆盖下面的层。

本文中参考本公开的理想化实施例的示意性图示(以及中间结构)描述本公开的实施例。正因为如此，应预期例如作为制造技术和/或公差的结果而对于图示形状的变化。因此，本公开的实施例不应当被解释为限于本文中图示的区的特定形状，而应包括例如由于制造导致的形状偏差。因此，图中图示的区本质上是示意性的，并且其形状不意图图示器件的区的实际形状并且不意图限制本公开的范围。

除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。将进一步理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的之类的术语应当被解释为具有与其在相关领域和/或本说明书上下文中的含义相一致的含义，并且将不在理想化或过于正式的意义上进行解释，除非本文中明确地如此定义。

如本文使用的，术语“衬底”可以表示经切割的晶圆的衬底，或者可以指示未经切割的晶圆的衬底。类似地，术语芯片和裸片(die)可以互换使用，除非这种互换会引起冲突。应当理解，术语“层”包括薄膜，除非另有说明，否则不应当解释为指示垂直或水平厚度。

材料的折射率随入射光频率的改变而改变的性质，称为“色散”。如一细束白光可被棱镜分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光。这是由于棱镜对于复色光中的各种色光具有不同的折射率。当它们通过棱镜时，传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜则便各自分散。

图1所示为使用传统透镜成像产生色差的原理示意图100。当使用透镜110成像时，不同色光(如图中所示的红光102、绿光103、蓝光104)形成色散。由于不同色光的光程差别和折射角度差别引起的像差，称为色差，其中，光程可理解为在相同时间内光线在真空中传播的距离，等于介质折射率乘以光在介质中传播的路程。色差因性质不同而分为位置色差和倍率色差，其中，位置色差描述不同色光在光轴120上成像位置方面的差异(如图1所示)，倍率色差描述因不同色光成像的高度(也即倍率)不同而造成的像大小的差异。色差严重影响光学系统的成像性质，因此，需要针对色差进行校正，例如采用汇聚透镜和发散透镜适当组合来减小色差。

图2所示为使用超表面光学器件成像产生色差的原理示意图200。超表面光学器件210 包括衬底211和纳米结构层212，纳米结构层212包括多个呈柱状的纳米结构单元。超表面光学器件210具有与图1中所示透镜110基本等效的光汇聚效果，也存在类似于图1中所示的色差。如图2所示，当使用超表面光学器件210成像时，不同色光(如图中所示的红光202、绿光203、蓝光204)在光轴220上形成位置色差。

一些相关技术为了对超表面光学器件的色差进行校正，所采用的方案为：在超表面光学器的衬底的背侧，也就是衬底的背向纳米结构单元的一侧，贴合一个或多个传统透镜，以期获得减小色差的效果。然而，这样的解决方案对透镜贴合工艺的精度要求非常高。而且，受限于传统透镜的表面形状和厚度，导致整体结构较为复杂、厚度增加较多，也不利于与其它结构组装。

本公开实施例提供了一种超表面光学器件及包括该超表面光学器件的光学设备，以改善超表面光学器件的光学性能。

在本公开实施例中，纳米结构层包括排列周期不完全相同的多个复合纳米单元，每个复合纳米单元包括在衬底上设置的排列周期不完全相同的多个纳米结构单元，基于该设计，可以调整超表面光学器件的色差，例如减小色差或者增大色差，从而改善超表面光学器件的光学性能。相比相关技术，由于无需在衬底背侧贴合传统透镜，因此，超表面光学器件的厚度较薄，易于实现更加超薄化的设计。

在本公开实施例中，包括超表面光学器件的光学设备的具体产品类型不限，例如可以为增强现实穿戴设备、虚拟现实穿戴设备、移动终端等的镜头，或者光谱仪、显微镜、望远镜等等。

如图3A和图3B所示，本公开一些实施例提供的超表面光学器件300，包括衬底301和位于衬底301上的纳米结构层。纳米结构层包括多个复合纳米单元320，每个复合纳米单元 320包括在衬底301上排列的多个纳米结构单元302。多个复合纳米单元320的排列周期P1 不完全相同，并且在每个复合纳米单元320中，多个纳米结构单元302的排列周期P2不完全相同。

应当理解的是，在本文中，类似于短语“多个A的参数B不完全相同”的措辞是指多个 A被有意地设计使得由制造工艺形成的多个A具有不完全相同的参数B。因此，这些不完全相同的参数B不应解释为是由于制造工艺的误差导致的结果，并且反之亦然。例如，“多个纳米结构单元在垂直于衬底的方向上的尺寸不完全相同”是指多个纳米结构单元被设计为具有不同的垂直尺寸，这种垂直尺寸的差异并非由于制造工艺的误差或测量误差引起。

在本公开实施例中，多个复合纳米单元320中的各纳米结构单元302被布置为使得多个复合纳米单元320具有相应的物理量参数，多个复合纳米单元320的物理量参数可以相同或者不完全相同。物理量参数例如包括波长调制参数、偏振调制参数(例如偏振角度、偏振振幅)、光束偏转角度调制参数、相位参数或焦距等中的至少一种。即，复合纳米单元320作为对波长、偏振、角度、相位、焦距等进行调制的单元，不同复合纳米单元320的物理量参数相同或不完全相同。

在每个复合纳米单元320内，相邻纳米结构单元302之间存在间隔。纳米结构单元302 作为纳米结构层中控制光的最小单元，其结构尺寸小于工作波长，通常处于纳米量级。由于纳米结构单元302的材料与间隔中的介质不同(间隔中的介质例如可以为空气)，因此，它们的折射率也不同，光在分别经过纳米结构单元302和间隔后的相位也不同。在每个复合纳米单元320中，多个纳米结构单元302的排列周期不完全相同，多个纳米结构单元302的形状、尺寸、材料、取向(例如，相对某个参考方向的角度)中至少有一项参数也可以是不完全相同的。光在经过纳米结构单元302后产生相位的延迟，通过设计每个纳米结构单元导致302的相位延迟程度，可以使超表面光学器件300实现相应的光学功能，例如实现类似于传统汇聚透镜或者发散透镜或者光栅等功能。

在本公开实施例中，多个复合纳米单元320的排列周期P1可以被广泛地理解为，沿排列的某个维度方向，相邻复合纳米单元320各自几何中心之间的间距。多个复合纳米单元320 的排列周期不完全相同，即，至少存在两个周期是不相等的。在一个示例中，多个复合纳米单元320沿一个或多个维度方向的尺寸相等但间隔不相等。在另一示例中，多个复合纳米单元320沿一个或多个维度方向的间隔相等但尺寸不相等。在又另一示例中，多个复合纳米单元320沿一个或多个维度方向的间隔不相等并且尺寸也不相等。这些示例均可以导致多个复合纳米单元320的排列周期不完全相同。在对多个复合纳米单元320进行周期变化的设计时，可以采用上述任意一种方式。

类似地，多个纳米结构单元302的排列周期P2可以被广泛地理解为，沿排列的某个维度方向，相邻纳米结构单元302各自几何中心之间的间距。多个纳米结构单元302的排列周期不完全相同，即，至少存在两个周期是不相等的。在一个示例中，多个纳米结构单元302沿一个或多个维度方向的尺寸相等但间隔不相等。在另一示例中，多个纳米结构单元302沿一个或多个维度方向的间隔相等但尺寸不相等。在又另一示例中，多个纳米结构单元302沿一个或多个维度方向的间隔不相等并且尺寸也不相等。这些示例均可以导致多个纳米结构单元 302的排列周期不完全相同。在对多个纳米结构单元302进行周期变化的设计时，可以采用上述任意一种方式。

基于复合纳米单元320的变周期排列设计以及复合纳米单元320中纳米结构单元302的变周期排列设计，可以对不同色光的光程差进行优化调整，从而可以调整超表面光学器件300 的色差，例如减小超表面光学器件300的色差或者增大超表面光学器件300的色差，从而改善超表面光学器件300的光学性能。

另外，相比相关技术，本公开实施例技术方案无需在衬底301的背侧贴合传统透镜，因此，超表面光学器件300的厚度较薄，易于实现超薄化的设计。

复合纳米单元320的整体形状和尺寸不限。例如，复合纳米单元320在衬底301上的正投影的形状可以大致呈三角形、正方形、六边形、圆形、椭圆形、环形或者扇形等等，并且形状可以是对称或者不对称的。当复合纳米单元320的形状设计为至少一部分对称时，有利于减少或消除偏振相关效应。

在本公开的一些实施例中，多个复合纳米单元在平面坐标系的至少一个维度上的尺寸基于第一规则变化。平面坐标系例如为直角坐标系(包括X轴、Y轴两个维度)或者极坐标系 (包括极径ρ和极角θ两个维度)。在一些实施例中，第一规则例如为，多个复合纳米单元在直角坐标系中沿X轴方向的尺寸递增、间隔不变，沿Y轴方向的尺寸递增，间隔不变，从而导致多个复合纳米单元的排列周期在两个维度上变化。

在本公开的另一些实施例中，多个复合纳米单元320中的相邻复合纳米单元320之间的间隔在平面坐标系的至少一个维度上基于第二规则变化。在一些实施例中，第二规则例如为，多个复合纳米单元320在直角坐标系中沿X轴方向的尺寸不变、间隔递增，沿Y轴方向的尺寸不变，间隔递增，从而导致多个复合纳米单元320的排列周期在两个维度上变化。如图3A 所示，多个复合纳米单元320的形状尺寸相同，在直角坐标系中沿X轴方向的间隔递增，沿 Y轴方向的间隔递增。该图仅示意复合纳米单元的其中一种变周期排列，实际产品的设计可以根据需求进行相应改变。

在本公开的又一些实施例中，多个复合纳米单元在平面坐标系的至少一个维度上的尺寸基于第一规则变化，并且同时，多个复合纳米单元中的相邻复合纳米单元之间的间隔在平面坐标系的至少一个维度上基于第二规则变化。

如图3A所示，在本公开的一些实施例中，超表面光学器件400中的多个复合纳米单元 420呈周期变化的阵列排布。如图4所示，在本公开的另一些实施例中，超表面光学器件400 中的多个复合纳米单元420沿圆的径向方向依次嵌套排布。沿圆的径向方向，多个复合纳米单元400的尺寸和/或间隔，也可以呈现一定的变化趋势，例如递增或者递减。在本公开的又一些实施例中，超表面光学器件中的多个复合纳米单元420还可以沿圆的周向方向依次排布。

在本公开实施例中，对于复合纳米单元420的形状、尺寸、取向等参数不做具体限定。多个复合纳米单元420的形状、尺寸、取向(例如，相对某个参考方向的角度)中至少有一项参数可以是不完全相同。例如，多个复合纳米单元420的形状可以不完全相同，多个复合纳米单元420的尺寸可以不完全相同，多个复合纳米单元420的取向可以不完全相同，等等。

复合纳米单元320内的多个纳米结构单元302可以为纳米柱单元，即凸出于衬底301的柱形结构，如图3B所示。在本公开的另一些实施例中，复合纳米单元内的多个纳米结构单元还可以为纳米孔单元，即在纳米结构层中形成的多个孔结构。在本公开的又一些实施例中，复合纳米单元内的多个纳米结构单元可以一些为纳米柱单元，一些为纳米孔单元。在复合纳米单元内，多个纳米结构单元可以参照直角坐标系或者极坐标系进行排列。

在本公开实施例中，在复合纳米单元320中，对于纳米结构单元302的形状、尺寸、材料、取向等参数不做具体限定。多个纳米结构单元302的形状、尺寸、材料、取向中至少有一项参数可以是不完全相同。例如，多个纳米结构单元302在衬底301上的正投影的形状可以不完全相同，多个纳米结构单元302在垂直于衬底301的方向上的尺寸也可以不完全相同，多个纳米结构单元302相对于衬底301的倾斜角度可以不完全相同，多个纳米结构单元302 的取向可以不完全相同，等等。在设计复合纳米单元320时，将纳米结构单元302的形状及尺寸的变化与纳米结构单元302的周期变化相结合，更容易实现对色差的调整以及降低工艺的难度。

在本公开一些实施例中，在每个复合纳米单元中，多个纳米结构单元在平面坐标系的至少一个维度上的尺寸基于第三规则变化。第三规则例如为，多个纳米结构单元在平面坐标系的至少一个维度上的尺寸递增、递减或呈周期性变化(例如交替地递增和递减)。在一些实施例中，多个纳米结构单元在直角坐标系中沿X轴方向的尺寸递增、间隔不变，沿Y轴方向的尺寸递增，间隔不变，从而导致多个纳米结构单元的排列周期在两个维度上变化。

在本公开另一些实施例中，如图3A所示，在每个复合纳米单元320中，多个纳米结构单元302中的相邻纳米结构单元302之间的间隔在平面坐标系的至少一个维度上基于第四规则变化。第四规则例如为，多个纳米结构单元302中的相邻纳米结构单元302之间的间隔在平面坐标系的至少一个维度上递增、递减或呈周期性变化(例如交替地递增和递减)。如图3A 中所示，多个纳米结构单元302在直角坐标系中沿X轴方向的尺寸不变、间隔递增，沿Y轴方向的尺寸不变，间隔递增，从而导致多个纳米结构单元302的排列周期在两个维度上变化。此外，多个纳米结构单元302可以具有不同的材料，排列方式，形状和高度。该图仅示意复合纳米单元320中纳米结构单元302的其中一种变周期排列，实际产品的设计可以根据需求进行相应改变。

在本公开又一些实施例中，在每个复合纳米单元中，多个纳米结构单元在平面坐标系的至少一个维度上的尺寸基于第三规则变化，并且同时，多个纳米结构单元中的相邻纳米结构单元之间的间隔在平面坐标系的至少一个维度上基于第四规则变化。

在本公开以上实施例中，复合纳米单元320的周期以及复合纳米单元320中纳米结构单元302的周期在至少一个维度方向上呈线性变化趋势，从而呈现出类似于啁啾光栅的特点。通过相应的结构设计，可以增加波长较短的色光在经过纳米结构层后所走的距离，和/或减小波长较长的色光在经过纳米结构层后所走的距离，达到对不同色光在纳米结构层中的光程差进行校正的目的，从而实现减小色差。反之，通过相应的结构设计，例如将复合纳米单元320 中纳米结构单元302的周期设计为特殊的变化周期，可以进一步增加色散，从而实现增大色差。

在本公开实施例中，多个复合纳米单元320可以基于对光的不同物理量参数的优化能力划分为多级。例如，一级复合纳米单元包括多个二级复合纳米单元的相应子集，用于调制光的一个或一些物理量参数；二级复合纳米单元包括多个三级复合纳米单元的相应子集，用于调制光的另一个或另一些物理量参数；每个三级复合纳米单元作为最低级复合纳米单元，包括在衬底上排列的多个纳米结构单元，用于调制光的又一个或又一些物理量参数。一级复合纳米单元的尺寸量级可以基于超表面光学器件300的尺寸量级来进行比例设置，例如，为超表面光学器件300的尺寸量级的百分之一。

继续参考图3A，纳米结构层可以包括多个功能区域310，每个功能区域310包括多个复合纳米单元320的相应子集，多个复合纳米单元320被布置为使得多个功能区域310具有彼此不同的光学功能。例如，多个功能区域310分别实现在不同焦点位置的光汇聚，或者分别实现不同的光栅功能。

功能区域310的尺寸量级可以等于超表面光学器件300的尺寸量级或者比超表面光学器件300的尺寸量级略小，并且明显大于前述一级复合纳米单元的尺寸量级。例如，超表面光学器件300和功能区域310的尺寸量级为厘米，前述一级复合纳米单元的尺寸量级为百微米。

多个功能区域310的具体排布方式不限，例如可以呈阵列排布、沿圆的周向方向依次排布、或者沿圆的径向方向依次嵌套排布，等等。此外，多个功能区域310也可以采用两种或者两种以上不同的排布方式。多个功能区域310的形状、尺寸和排布可以基于超表面光学器件300的具体应用进行相应的设计，例如可以设计为方形、六边形、圆形、梯形、扇形等等。

在本公开的一些实施例中，也可以不对纳米结构层进行功能区域的划分，纳米结构层整体用于实现一种光学功能，例如光汇聚。

在本公开的一些实施例中，超表面光学器件还可以包括位于纳米结构层的远离衬底的一侧的保护层。保护层例如可以为平坦化层或者保护玻璃，可以对纳米结构层起到保护作用，而且方便与其它结构贴合或组装。

图5A所示为不同色光经过相关技术中的一种超表面光学器件后，光强的归一化值随焦距变化的曲线图，三种色光(波长分别为750nm、850nm和950nm)的曲线波峰所分别对应的焦距值为133.7μm、119.3μm和106.9μm，焦距差值明显，导致三种色光呈现出色差。

图5B所示为不同色光经过本公开一实施例的超表面光学器件后，光强的归一化值随焦距变化的曲线图。该实施例中复合纳米单元的排列周期以及纳米结构单元的排列周期采用了为减小色差的变周期排列设计，三种色光(波长分别为750nm、850nm和950nm)的曲线波峰所分别对应的焦距值为124.1μm、120.6μm和116.0μm。对比图5B和图5A可以看出，图5B中的焦距差值显著减小，因此，三种色光的色差减小。

图5C所示为不同色光经过本公开另一实施例的超表面光学器件后，光强的归一化值随焦距变化的曲线图。该实施例中复合纳米单元的排列周期以及纳米结构单元的排列周期采用了为增大色差的变周期排列设计，三种色光(波长分别为750nm、850nm和950nm)的曲线波峰所分别对应的焦距值为146.5μm、117.9μm和93.3μm，对比图5C和图5A可以看出，图5C中的焦距差值显著增大，因此，三种色光的色差增大。

在本公开实施例中，衬底301的材料类型不限，例如，可以包括诸如玻璃、石英、聚合物及塑料中的任意一种。纳米结构层的材料类型不限，例如，可以包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、碳化硅、二氧化钛、锗、氮化硅及III-V族化合物半导体中的至少一种。其中，III-V族化合物是元素周期表中III族的硼，铝，镓，铟和V族的氮，磷，砷，锑形成的化合物，例如磷化镓、氮化镓、砷化镓、磷化铟等。

本公开实施例还提供一种光学设备600，包括超表面光学器件610。超表面光学器件610 可以采取前述任一实施例描述的超表面光学器件的形式。光学设备600的具体产品类型不限，例如可以为增强现实穿戴设备、虚拟现实穿戴设备、移动终端等的镜头，或者光谱仪、显微镜、望远镜等等。由于超表面光学器件610的光学性能得到改善，因此，光学设备600也具有较佳的光学性能。

本说明书提供了能够用于实现本公开的许多不同的实施方式或例子。应当理解的是，这些不同的实施方式或例子完全是示例性的，并且不用于以任何方式限制本公开的保护范围。本领域技术人员在本公开的说明书的公开内容的基础上，能够想到各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所附权利要求所限定的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种超表面光学器件，其特征在于，包括：

衬底；以及

位于所述衬底上的纳米结构层，所述纳米结构层包括多个复合纳米单元，每个所述复合纳米单元包括在所述衬底上排列的多个纳米结构单元，

其中，所述多个复合纳米单元的排列周期不完全相同，并且

其中，在每个复合纳米单元中，所述多个纳米结构单元的排列周期不完全相同。

2.根据权利要求1所述的超表面光学器件，其特征在于，

所述多个复合纳米单元在平面坐标系的至少一个维度上的尺寸基于第一规则变化；和/或

所述多个复合纳米单元中的相邻复合纳米单元之间的间隔在平面坐标系的至少一个维度上基于第二规则变化。

3.根据权利要求1所述的超表面光学器件，其特征在于，

所述多个复合纳米单元沿圆的周向方向依次排布；或者

所述多个复合纳米单元沿圆的径向方向依次嵌套排布。

4.根据权利要求1所述的超表面光学器件，其特征在于，在每个复合纳米单元中：

所述多个纳米结构单元在平面坐标系的至少一个维度上的尺寸基于第三规则变化；和/或

所述多个纳米结构单元中的相邻纳米结构单元之间的间隔在平面坐标系的至少一个维度上基于第四规则变化。

5.根据权利要求1所述的超表面光学器件，其特征在于，在每个复合纳米单元中：

所述多个纳米结构单元在平面坐标系的至少一个维度上的尺寸递增、递减或呈周期性变化；和/或

所述多个纳米结构单元中的相邻纳米结构单元之间的间隔在平面坐标系的至少一个维度上递增、递减或呈周期性变化。

6.根据权利要求1所述的超表面光学器件，其特征在于，

所述多个复合纳米单元的形状、尺寸、取向中至少一项参数不完全相同；和/或

在每个复合纳米单元中，所述多个纳米结构单元的形状、尺寸、材料、取向中至少一项参数不完全相同。

7.根据权利要求1所述的超表面光学器件，其特征在于，所述多个复合纳米单元中的各所述纳米结构单元被布置为使得所述多个复合纳米单元具有相应的物理量参数，所述物理量参数包括波长调制参数、偏振调制参数、光束偏转角度调制参数、相位参数或焦距中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的超表面光学器件，其特征在于，所述纳米结构层包括多个功能区域，每个功能区域包括所述多个复合纳米单元的相应子集，所述多个复合纳米单元被布置为使得所述多个功能区域具有彼此不同的光学功能。

9.根据权利要求8所述的超表面光学器件，其特征在于，

所述多个功能区域呈阵列排布；或者

所述多个功能区域沿圆的周向方向依次排布；或者

所述多个功能区域沿圆的径向方向依次嵌套排布。

10.根据权利要求2、4或5所述的超表面光学器件，其特征在于，

所述平面坐标系为直角坐标系或极坐标系。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的超表面光学器件，其特征在于，

所述多个纳米结构单元为纳米柱单元；或者

所述多个纳米结构单元为纳米孔单元；或者

所述多个纳米结构单元包括多个纳米柱单元和多个纳米孔单元。

12.一种光学设备，其特征在于，包括：根据权利要求1至11任一项所述的超表面光学器件。

Images