DE112019006566T5 - Linear polarisiertes lichtumwandlungselement, herstellungsverfahren und linear polarisiertes lichtumwandlungssystem - Google Patents

Linear polarisiertes lichtumwandlungselement, herstellungsverfahren und linear polarisiertes lichtumwandlungssystem Download PDF

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Abstract

Es werden ein linear polarisiertes Lichtumwandlungselement, ein Herstellungsverfahren und ein linear polarisiertes Lichtumwandlungssystem bereitgestellt. Das linear polarisierte Lichtumwandlungselement enthält ein Substrat (1); eine Meta-Oberfläche (2), die auf dem Substrat (1) angeordnet ist; wobei die Meta-Oberfläche (2) mindestens einen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich (100) enthält, jeder Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich (100) mindestens eine Meta-Oberflächen-Funktionseinheit (20) enthält, die Meta-Oberflächen-Funktionseinheit (20) eine anisotrope Sub-Wellenlängenstruktur (201) enthält und eine Langachsenrichtung jeder Sub-Wellenlängenstruktur (201) in einem gleichen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich (100) die gleiche ist.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität aus der chinesischen Patentanmeldung Nr. 201910007580.X , die am 04.01.2019 bei der CNIPA eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme in vollem Umfang hierin enthalten ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung beziehen sich auf das technische Gebiet der Meta-Oberflächen, beispielsweise auf ein linear polarisiertes Lichtumwandlungselement, ein Herstellungsverfahren und ein linear polarisiertes Lichtumwandlungssystem.
  • HINTERGRUND
  • Ein Flüssigkristall ist ein einzigartiges Material, das sowohl flüssige als auch kristalline Eigenschaften besitzt und für verschiedene Flüssigkristallanzeigen weit verbreitet angewendet wird. Unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes ändert sich die Anordnungsstruktur der Flüssigkristallmoleküle, und dabei ändern sich auch die optischen Eigenschaften der Flüssigkristallmoleküle, was auch die Grundlage für Flüssigkristallanzeigen ist. Eine geordnete Anordnung des Flüssigkristalls in einem Anzeigebildschirm wird durch eine Vororientierung an einer Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristall und einem Substrat erreicht, und eine Flüssigkristallorientierung ist eine Technologie, die entwickelt wurde, um diesen Zweck zu erfüllen.
  • Eine bestehende Flüssigkristall-Orientierungstechnologie umfasst hauptsächlich ein Reibungs-Orientierungsverfahren, ein Lichtsteuerungs-Orientierungsverfahren und ähnliches. Die Flüssigkristall-Lichtsteuerungs-Orientierungstechnologie ist ein berührungsloses Verfahren zur Erzielung der Flüssigkristall-Orientierung durch Bestrahlung mit polarisiertem Licht, unterscheidet sich von dem Reibungs-Orientierungsverfahren und hat die Vorteile, dass keine Verschmutzung, keine statische Elektrizität sowie eine Einfachheit bei der Erzielung einer regionalen Mehrfachorientierung und dergleichen vorliegt. Bei der Lichtsteuerungs-Orientierungstechnologie wird ein lichtempfindliches Material verwendet, um unter der Bestrahlung mit ultraviolettem, polarisiertem Licht Orientierungslicht-Vernetzungs-, Isomerisierungs- oder Photospaltreaktionen zu durchlaufen, um die Orientierungsanordnung der Flüssigkristallmoleküle zu induzieren.
  • Die meisten der existierenden Flüssigkristall-Lichtsteuerungs-Orientierungstechnologien können jedoch nur eine gleichmäßige Orientierungsverteilung erreichen. Um eine steuerbare ungleichmäßige Orientierungsverteilung zu erreichen, ist oft ein komplexes optisches System mit großem Volumen und hohen Kosten erforderlich. Diese steuerbare ungleichmäßige Orientierungsverteilung muss durch viele Belichtungen vervollständigt werden, so dass die Herstellung einer großflächigen und hochpräzisen Flüssigkristall-Photonikvorrichtung nicht einfach ist. Darüber hinaus ist es bei einem Implementierungsschema, das auf einem räumlichen Lichtmodulator und einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung basiert, schwierig, die Flüssigkristallmolekülorientierung mit einer hohen räumlichen Auflösung (wie 1 µm) zu erreichen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In Anbetracht dessen stellt die vorliegende Anmeldung ein linear polarisiertes Lichtumwandlungselement, ein Herstellungsverfahren und ein linear polarisiertes Lichtumwandlungssystem bereit, so dass die Regulierungssteuerung einer Polarisationsrichtung eines Strahls erreicht wird und eine Flüssigkristall-Lichtsteuerungsorientierung mit einer hohen räumlichen Auflösung bequem erreicht werden kann.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung stellt ein linear polarisiertes Lichtumwandlungselement bereit. Das linear polarisierte Lichtumwandlungselement umfasst ein Substrat und eine auf dem Substrat befindliche Meta-Oberfläche. Die Meta-Oberfläche umfasst mindestens einen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich, jeder Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich umfasst mindestens eine Meta-Oberflächen-Funktionseinheit, jede Meta-Oberflächen-Funktionseinheit umfasst eine anisotrope Sub-Wellenlängenstruktur, und eine Langachsenrichtung jeder Sub-Wellenlängenstruktur in einem gleichen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich ist die gleiche.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung stellt ein linear polarisiertes Lichtumwandlungssystem bereit. Das linear polarisierte Lichtumwandlungssystem umfasst einen Laser, einen Strahlformer, einen linearen Polarisator und das linear polarisierte Lichtumwandlungselement einer beliebigen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. Der Laser ist so konfiguriert, dass er eine Laserlichtquelle bereitstellt. Der Strahlformer ist so konfiguriert, dass er ein vom Laser emittiertes Laserlicht formt. Der lineare Polarisator ist so konfiguriert, dass er das geformte Laserlicht in linear polarisiertes einfallendes Licht umwandelt und das linear polarisierte einfallende Licht zu der Meta-Oberfläche des linear polarisierten Lichtumwandlungselements überträgt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines linear polarisierten Lichtumwandlungselements bereit. Das Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte: ein Substrat wird bereitgestellt; und eine Meta-Oberfläche wird auf dem Substrat gebildet, wobei die Meta-Oberfläche mehrere Meta-Oberflächen-Funktionseinheiten umfasst, jede Meta-Oberflächen-Funktionseinheit eine anisotrope Sub-Wellenlängenstruktur umfasst und die Sub-Wellenlängenstruktur basierend auf einer Polarisationsrichtung von linear polarisiertem einfallendem Licht und einer linear polarisierten Zustandsverteilung von erforderlichem emittiertem Licht angeordnet ist.
  • Figurenliste
  • Die obigen und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Anmeldung werden für den Fachmann durch die detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung unter Bezugnahme auf die begleitenden nachstehenden Zeichnungen ersichtl ich:
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer ebenen Struktur eines linear polarisierten Lichtumwandlungselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
    • 2 ist eine schematische Darstellung eines Querschnittsaufbaus eines linear polarisierten Lichtumwandlungselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
    • 3 ist eine strukturelle und prinzipielle Schemadarstellung eines linear polarisierten Lichtumwandlungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
    • 4 ist ein kreuzförmiges Interferenzmuster eines Wirbelstrahls und von Referenzlicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
    • 5 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Sub-Wellenlängenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
    • 6 ist ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für ein linear polarisiertes Lichtumwandlungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
    • 7 ist ein Flussdiagramm eines spezifischen Herstellungsverfahrens für ein linear polarisiertes Lichtumwandlungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung; und
    • 8 bis 12 sind strukturelle Schemadarstellungen, die Prozessen in einem Herstellungsverfahren eines linear polarisierten Lichtumwandlungselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung entsprechen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Technische Schemata der vorliegenden Anmeldung werden im Folgenden durch spezifische Ausführungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es sollte klar sein, dass die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen lediglich dazu dienen, die vorliegende Anmeldung zu erläutern und nicht dazu, die vorliegende Anmeldung einzuschränken. Darüber hinaus sollte auch beachtet werden, dass zur Vereinfachung der Beschreibung nur einige, nicht alle, der Strukturen im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung in den Zeichnungen dargestellt sind.
  • Derzeit wird bei einem allgemeinen Lichtsteuerungs-Orientierungsverfahren zunächst ein lichtempfindliches Molekülmaterial (eine Lichtsteuerungs-Orientierungsschicht) auf ein Substrat aufgebracht, und dann wird ultraviolettes polarisiertes Licht zur Bestrahlung der Lichtsteuerungs-Orientierungsschicht verwendet, um eine Orientierung der Flüssigkristallmoleküle zu induzieren. Eine ungleichmäßige Orientierungsverteilung kann durch ein transformationsoptisches Retikel und ein Mehrfachbelichtungsverfahren erreicht werden. Ein Lichtsteuerungs-Orientierungsverfahren, das auf einem räumlichen Lichtmodulator (SLM) basiert, kann eine Polarisationsrichtung von lokalem polarisiertem Licht nach Bedarf flexibel steuern, um die Orientierung von Flüssigkristallmolekülen flexibel zu steuern. Darüber hinaus steuert ein Mikroprojektionssystem, das auf einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung (DMD) basiert, ein einzelnes Pixel (einen einzelnen Mikrospiegel) auf der DMD durch ein mikroelektromechanisches System (MEMS), um verschiedene Inversionszustände darzustellen, um eine dynamische Maske zu erreichen, und somit eine dynamische Steuerung eines Orientierungsstrukturmusters und einer Orientierungsrichtung des Flüssigkristalls zu erreichen.
  • Das oben beschriebene Lichtsteuerungs-Orientierungsverfahren erfordert jedoch ein komplexes optisches System mit großem Volumen und hohen Kosten und muss durch Mehrfachbelichtung abgeschlossen werden, so dass es nicht förderlich ist, die Herstellung einer großflächigen und hochpräzisen Flüssigkristall-Photonikvorrichtung zu verwirklichen. Darüber hinaus ist es bei einem Implementierungsschema, das auf dem räumlichen Lichtmodulator und der digitalen Mikrospiegelvorrichtung basiert, schwierig, die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle mit einer hohen räumlichen Auflösung (wie 1 µm) zu erreichen.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung stellt ein linear polarisiertes Lichtumwandlungselement bereit, um die Regulierung und Steuerung von linear polarisiertem einfallendem Licht in mindestens einer Polarisationsrichtung zu erreichen und eine Vektorlichtfeldverteilung (mindestens eine linear polarisierte Zustandsverteilung) mit einer räumlichen Auflösung im Sub-Wellenlängenbereich zu erzeugen.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer ebenen Struktur eines linear polarisierten Lichtumwandlungselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. 2 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines linear polarisierten Lichtumwandlungselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. Das linear polarisierte Lichtumwandlungselement ist auf die Flüssigkristall-Lichtsteuerungs-Orientierungstechnologie anwendbar. Wie in den 1 und 2 gezeigt, enthält das in dieser Ausführungsform bereitgestellte linear polarisierte Lichtumwandlungselement ein Substrat 1 und eine auf dem Substrat 1 befindliche Meta-Oberfläche 2. Die Meta-Oberfläche 2 umfasst mindestens einen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich 100, jeder Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich 100 umfasst mindestens eine Meta-Oberflächen-Funktionseinheit 20, die Meta-Oberflächen-Funktionseinheit 20 umfasst eine anisotrope Sub-Wellenlängenstruktur 201, und eine Langachsenrichtung jeder Sub-Wellenlängenstruktur 201 in einem gleichen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich 100 ist die gleiche.
  • In dieser Ausführungsform ist die Meta-Oberfläche eine Grenzfläche, die aus der Meta-Oberflächen-Funktionseinheit (Sub-Wellenlängen-Meta-Oberflächen-Funktionsprimitiv) mit einer räumlichen Variation besteht, sie kann die Polarisation, Amplitude und Phase des Lichts effektiv regulieren und steuern und zum Erreichen einer hocheffizienten optischen holografischen Abbildung, einer Linse mit hoher numerischer Apertur, die Erzeugung eines optischen Bahndrehimpulses und dergleichen verwendet werden. Die zweidimensionale Eigenschaft der Meta-Oberfläche reduziert die Verarbeitungsschwierigkeiten, hat Vorteile einer kompakten Größe und eines geringen Verlustes und ist mit einer bestehenden Komplementär-Metalloxid-Halbleitertechnologie kompatibel.
  • Der oben beschriebene Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich 100 kann als ein Bereich verstanden werden, der entsprechend einer Anordnung der Sub-Wellenlängenstrukturen 201 oder einer linear polarisierten Zustandsverteilung von erforderlichem emittierten Licht unterteilt ist. In einem gleichen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich 100 ist eine Anordnung der Sub-Wellenlängenstruktur 201 die gleiche, und eine Polarisationsrichtung des durch den Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich 100 emittierten Lichts ist die gleiche. Die Unterteilung des Lichtfeldregulierungs-Steuerbereichs 100 erleichtert das Verständnis der Gesamtanordnung der Sub-Wellenlängenstrukturen 201. Das oben beschriebene Substrat 1 kann aus einem transparenten Material wie Silizium, Glas oder Indium-Zinn-Oxid (ITO) bestehen, und die Sub-Wellenlängenstruktur 201 hat eine stabförmige oder ellipsenförmige Form.
  • Basierend auf dem obigen technischen Schema ist das Konstruktionsprinzip des in dieser Ausführungsform vorgesehenen linear polarisierten Lichtumwandlungselements wie folgt: Gemäß dem geometrischen Phasenprinzip nach Berry, nämlich der Wechselwirkung zwischen zirkular polarisiertem Licht und der anisotropen Sub-Wellenlängenstruktur, kann ein zirkular polarisierter Zustand von einfallendem zirkular polarisiertem Licht umgekehrt werden, und dabei wird ein geometrischer Phasenfaktor e-2iσφ eingeführt, wobei σ = ±1 den zirkular polarisierten Zustand des einfallenden Lichts darstellt; und φ ein Azimutwinkel (ein eingeschlossener Winkel zwischen einer Langachsenrichtung der Sub-Wellenlängenstruktur und einer Polarisationsrichtung von linear polarisiertem einfallendem Licht, das auf das linear polarisierte Lichtumwandlungselement einfällt) der anisotropen Sub-Wellenlängenstruktur in einer Ebene ist. Daher kann die kontinuierliche Regulierung und Steuerung der Phase des einfallenden Lichts von 0 bis 2n durch einfaches Ändern des Azimutwinkels der anisotropen Sub-Wellenlängenstruktur erreicht werden, und Phasenänderungssymbole, die durch einfallendes Licht in verschiedenen zirkular polarisierten Zuständen verursacht werden, sind entgegengesetzt. Das einfallende linear polarisierte Licht kann in linksdrehend zirkular polarisiertes Licht und rechtsdrehend zirkular polarisiertes Licht zerlegt werden, das linksdrehend zirkular polarisierte Licht und das rechtsdrehend zirkular polarisierte Licht erzeugen Phasenänderungen mit gleicher Größe und entgegengesetzten Symbolen durch die Sub-Wellenlängenstruktur, das linear polarisierte Licht kann durch Synthese wieder gebildet werden, und die Polarisationsrichtung ist 2φ. Es ist zu sehen, dass die Polarisationsrichtung des einfallenden linear polarisierten Lichts durch einfaches Ändern des Azimutwinkels der anisotropen Sub-Wellenlängenstruktur reguliert und gesteuert werden kann, und der Azimutwinkel der Sub-Wellenlängenstruktur steht in Beziehung zur Langachsenrichtung der Sub-Wellenlängenstruktur und der Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts, so dass, wenn die Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts konstant ist, die Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts entsprechend der linear polarisierten Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts sowie durch Anordnen der Sub-Wellenlängenstruktur, nämlich Einstellen der Langachsenrichtung der Sub-Wellenlängenstruktur, reguliert und gesteuert werden kann. Daher erfüllt das emittierte Licht die linear polarisierte Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts.
  • In einer Ausführungsform kann für eine Flüssigkristall-Lichtsteuerungs-Orientierungstechnologie eine linear polarisierte Zustandsverteilung des emittierten Lichts, das für die Belichtung der Lichtsteuerungs-Orientierungsschicht verwendet wird, gemäß einer erforderlichen Orientierungsverteilung von Flüssigkristallmolekülen bestimmt werden, wobei eine Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle die gleiche ist wie eine linear polarisierte Richtung des emittierten Lichts. Daher wird eine Anordnung der Sub-Wellenlängenstruktur basierend auf der linear polarisierten Zustandsverteilung des emittierten Lichts bestimmt, und die Meta-Oberfläche mit der Sub-Wellenlängenstruktur mit dieser Anordnung wird hergestellt, um das linear polarisierte Lichtumwandlungselement zu erhalten. Daher kann die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle in einem Sub-Wellenlängenmaßstab gesteuert werden, und es wird eine Flüssigkristall-Lichtsteuerungsorientierung mit einer hohen räumlichen Auflösung erreicht.
  • In dieser Ausführungsform ist das linear polarisierte Lichtumwandlungselement unter Verwendung der Meta-Oberfläche konstruiert, die Meta-Oberfläche ist in mindestens einen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich unterteilt, jeder Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich enthält mindestens eine Meta-Oberflächen-Funktionseinheit, jede Meta-Oberflächen-Funktionseinheit enthält die anisotrope Sub-Wellenlängenstruktur, und die Langachsenrichtung (Anordnung) jeder Sub-Wellenlängenstruktur in demselben Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich ist die gleiche. Daher kann, nachdem linear polarisiertes einfallendes Licht in der gleichen Polarisationsrichtung von der Meta-Oberfläche des linear polarisierten Lichtumwandlungselements reflektiert oder durchgelassen wird, basierend auf der Anordnung der Sub-Wellenlängenstruktur in jedem Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich, jeder Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich eine Polarisationsrichtung des entsprechend einfallenden, linear polarisierten einfallenden Lichts in Licht in einer anderen Polarisationsrichtung umwandeln und es emittieren. Dadurch wird erreicht, dass eine Polarisationsrichtung eines Strahls reguliert und gesteuert wird, und er kann stabil und wiederholt verwendet werden. Dabei kann die Anordnung der Sub-Wellenlängenstruktur in der Meta-Oberfläche entsprechend der linear polarisierten Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts ausgelegt werden, so dass das linear polarisierte Lichtumwandlungselement der vorliegenden Anmeldung erhalten wird, und ferner kann das linear polarisierte Lichtumwandlungselement zum Umwandeln von linear polarisiertem einfallendem Licht in mindestens ein Strahlenbündel aus linear polarisiertem Licht verwendet werden. Mindestens ein Belichtungsfeld der Lichtsteuerungs-Orientierungsschicht wird einmal belichtet, so dass mindestens eine Orientierung der Lichtsteuerungs-Orientierungsschicht erreicht werden kann, und weiterhin eine entsprechende Orientierung der Flüssigkristallmoleküle erreicht wird. Das Verfahren ist einfach, die Kosten sind niedrig, die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle kann im Sub-Wellenlängenmaßstab gesteuert werden, und es wird eine Flüssigkristall-Lichtsteuerungsorientierung mit hoher räumlicher Auflösung erreicht.
  • In einer Ausführungsform, mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1, umfasst der mindestens eine Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich 100 zwei oder mehr Lichtfeldregulierungs-Steuerbereiche 100 (4 Lichtfeldregulierungs-Steuerbereiche 100 sind in 4 dargestellt). Die Langachsenrichtungen der Sub-Wellenlängenstrukturen 201 in den verschiedenen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereichen 100 sind unterschiedlich.
  • Daher kann, wenn dasselbe linear polarisierte einfallende Licht gleichzeitig verschiedene Lichtfeldregulierungs-Steuerbereiche 100 der Meta-Oberfläche durchlaufen hat, Licht in einer Richtung, die sich von der Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts unterscheidet, emittiert werden, und die Polarisationsrichtung des emittierten Lichts, die verschiedenen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereichen 100 entspricht, ist unterschiedlich, so dass mehrere Vektorlichtfelder gleichzeitig erzeugt werden können, die Anzahl der Proben für eine einzelne Belichtung erhöht wird und die Produktionseffizienz verbessert wird. In einer Ausführungsform, wenn das linear polarisierte Lichtumwandlungselement zur Durchführung der Lichtsteuerungsorientierung an den Flüssigkristallmolekülen verwendet wird, kann eine ungleichmäßige Orientierungsverteilung der Flüssigkristallmoleküle durch nur eine Belichtung erreicht werden, so dass die Anzahl der Belichtungen reduziert und der Prozess der Lichtsteuerungsorientierung vereinfacht wird. Dabei ist auf der Grundlage des oben beschriebenen geometrischen Phasenprinzips nach Berry zu erkennen, dass die kontinuierliche Regulierung und Steuerung der Phase des einfallenden Lichts von 0 bis 2n durch einfaches Ändern des Azimutwinkels der anisotropen Sub-Wellenlängenstruktur erreicht werden kann, und verschiedene Phasen des einfallenden Lichts können eine Ablenkung des reflektierten Lichts in verschiedenen Winkeln verursachen, so dass der Ablenkungswinkel des reflektierten Lichts durch Einstellen des Azimutwinkels der anisotropen Sub-Wellenlängenstruktur eingestellt werden kann. Gemäß dieser Ausführungsform kann in einem Fall, in dem der Azimutwinkel der Sub-Wellenlängenstruktur konstant ist, nachdem ein Emissionswinkel des emittierten Lichts, das auf ein Belichtungsfeld der Lichtsteuerungs-Orientierungsschicht projiziert wird, bestimmt wurde, ein Einfallswinkel des linear polarisierten einfallenden Lichts, das auf das linear polarisierte Lichtumwandlungselement (die Meta-Oberfläche) einfällt, in Kombination mit der Strahlenoptik und dem verallgemeinerten Reflexionsgesetz bestimmt werden. Daher kann die Einstellung des Emissionswinkels des emittierten Lichts durch die Einstellung des Einfallswinkels des linear polarisierten einfallenden Lichts erreicht werden, um die Belichtung des Belichtungsfeldes der Lichtsteuerungs-Orientierungsschicht und die Orientierung der entsprechenden Flüssigkristallmoleküle zu erreichen.
  • Es ist zu beachten, dass 1 lediglich die Anordnung der Sub-Wellenlängenstruktur beispielhaft darstellen soll und die spezifische Anordnung entsprechend der tatsächlichen Situation bestimmt wird.
  • Darüber hinaus kann das oben beschriebene linear polarisierte Lichtumwandlungselement das linear polarisierte einfallende Licht reflektieren oder durchlassen, um die Regulierung und Steuerung der Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts zu erreichen, und dementsprechend kann die Meta-Oberfläche in dem linear polarisierten Lichtumwandlungselement eine reflektierende Meta-Oberfläche oder eine transmissive Meta-Oberfläche sein. In einer Ausführungsform kann die Meta-Oberfläche/Meta-Oberflächen-Funktionseinheit für die reflektierende Meta-Oberfläche eine Struktur (unter Bezugnahme auf 2) enthalten, in der eine metallische Reflexionsschicht 202, eine dielektrische Schicht 203 und eine metallische Sub-Wellenlängenstruktur 201 laminiert sind, oder die Meta-Oberflächen-Funktionseinheit kann eine Struktur enthalten, in der eine metallische Reflexionsschicht und eine metallische Sub-Wellenlängenstruktur laminiert sind, oder die Meta-Oberflächen-Funktionseinheit kann eine Struktur enthalten, in der eine metallische Reflexionsschicht und eine dielektrische Sub-Wellenlängenstruktur laminiert sind. Für die transmissive Meta-Oberfläche kann die Meta-Oberflächen-Funktionseinheit die dielektrische Sub-Wellenlängenstruktur enthalten. Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung ist eine spezifische Filmschichtstruktur der Meta-Oberfläche/Meta-Oberflächen-Funktionseinheit nicht begrenzt und wird entsprechend der tatsächlichen Situation bestimmt.
  • Basierend auf den obigen Ausführungsformen stellt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ein linear polarisiertes Lichtumwandlungssystem bereit. Wie in 3 gezeigt, umfasst ein linear polarisiertes Lichtumwandlungssystem 10 einen Laser 101, einen Strahlformer 102, einen linearen Polarisator 103 und das linear polarisierte Lichtumwandlungselement 104, das in den obigen Ausführungsformen vorgesehen ist.
  • Der Laser 101 ist so konfiguriert, dass er eine Laserlichtquelle bereitstellt; der Strahlformer 102 ist so konfiguriert, dass er ein vom Laser 101 emittiertes Laserlicht formt; der lineare Polarisator 103 ist so konfiguriert, dass er das geformte Laserlicht in linear polarisiertes einfallendes Licht umwandelt und das linear polarisierte einfallende Licht zur Meta-Oberfläche des linear polarisierten Lichtumwandlungselements 104 überträgt.
  • Der oben beschriebene Strahlformer 102 kann ein Gaußscher Flat-Top-Strahlumwandler oder ein räumliches filterndes Kollimationssystem sein.
  • In einer Ausführungsform kann das linear polarisierte Lichtumwandlungssystem 10 ein Flüssigkristall-Lichtsteuerungs-Orientierungssystem sein. In diesem Fall, mit Bezug auf 3, bildet das vom Laser 101 emittierte Laserlicht, nachdem es den Strahlformer 102 und den linearen Polarisator 103 durchlaufen hat, ein linear polarisiertes einfallendes Licht, das auf die Meta-Oberfläche des linear polarisierten Lichtumwandlungselements 104 einfällt. Unter Bezugnahme auf die Funktionen des linear polarisierten Lichtumwandlungselements 104, das in jeder der obigen Ausführungsformen vorgesehen ist, kann das linear polarisierte Lichtumwandlungselement 104 linear polarisiertes einfallendes Licht in emittiertes Licht umwandeln, das den erforderlichen linear polarisierten Verteilungszustand erfüllt, und das emittierte Licht auf eine Lichtsteuerungs-Orientierungsschicht 31 projizieren, die im Voraus auf ein leitfähiges Glassubstrat 30 aufgeschleudert wird, so dass die Orientierung der Lichtsteuerungs-Orientierungsschicht 31 abgeschlossen wird. Daher wird eine hochauflösende räumliche Anordnungsverteilung von Flüssigkristallmolekülen 32 zwischen den Lichtsteuerungs-Orientierungsschichten 31 erreicht.
  • Das in dieser Ausführungsform vorgesehene linear polarisierte Lichtumwandlungssystem umfasst das in den Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung vorgesehene linear polarisierte Lichtumwandlungselement und hat entsprechende Funktionen und vorteilhafte Effekte.
  • Darüber hinaus kann eine spezielle Flüssigkristall-Photonik-Vorrichtung (wie z. B. ein Strahlteiler), die unter Verwendung des oben beschriebenen linear polarisierten Lichtumwandlungssystems hergestellt wurde, ein spezielles Lichtfeld (wie z. B. einen Wirbelstrahl, einen Bessel-Strahl, einen Airy-Strahl und dergleichen) durch die hergestellte Flüssigkristall-Photonikvorrichtung erzeugen, regulieren und steuern.
  • In einer Ausführungsform wird zur Veranschaulichung ein Beispiel angeführt, in dem das linear polarisierte Lichtumwandlungssystem der vorliegenden Anmeldung eine Flüssigkristall-Photonikvorrichtung herstellt, die in der Lage ist, einen Wirbelstrahl zu erzeugen, zu regulieren und zu steuern. Der Wirbelstrahl hat eine spiralförmige Isophasenoberfläche, jedes Photon hat einen Bahndrehimpuls von mħ, wobei m eine topologische Quantenzahl ist, eine beliebige ganze Zahl sein kann und einen Bahndrehimpulsindex darstellt, und unterschiedliche Werte von m einander orthogonalen Drehimpulszuständen entsprechen, und ħ eine reduzierte Planck-Konstante ist. Das Zentrum des Wirbelstrahls ist eine Phasensingularität, in der die Amplitude Null ist und somit eine ringförmige Lichtfeldverteilung darstellt. Der Wirbelstrahl findet breite Anwendung in den Bereichen optische Pinzetten, optische Kommunikation, superauflösende Bildgebung, astronomische Beobachtung und dergleichen.
  • Basierend auf dem holografischen Prinzip wird bei einer Interferenz zwischen dem Wirbelstrahl und dem Referenzlicht (z. B. ein Gaußscher Strahl, eine ideale ebene Welle) unter einem Winkel ein gabelförmiges Interferenzmuster (wie in 4 gezeigt) erhalten. Dabei sollte eine Orientierungsverteilung von Flüssigkristallmolekülen in der herzustellenden Flüssigkristall-Photonikvorrichtung in dem in 4 gezeigten gabelförmigen Interferenzmuster angeordnet sein, ein Anordnungsmuster (wie in 5 gezeigt) der Sub-Wellenlängenstruktur kann auf der Grundlage des gabelförmigen Interferenzmusters entworfen werden, und dann werden die Flüssigkristallmoleküle auf der Meta-Oberfläche mit der in 5 gezeigten Sub-Wellenlängenstruktur orientiert, so dass die Orientierungsverteilung der Flüssigkristallmoleküle das in 4 gezeigte gabelförmige Interferenzmuster darstellen kann, und das Wirbellicht kann durch Einstrahlen des Referenzlichts erzeugt werden.
  • Basierend auf den obigen Ausführungsformen stellt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ein Herstellungsverfahren für ein linear polarisiertes Lichtumwandlungselement bereit. Wie in 6 gezeigt, umfasst das Herstellungsverfahren eines linear polarisierten Lichtumwandlungselements einen Schritt 110 und einen Schritt 120.
  • In Schritt 110 wird ein Substrat bereitgestellt.
  • Ein Substrat 1 kann aus einem transparenten Material wie Silizium, Glas oder ITO bestehen.
  • In Schritt 120 wird eine Meta-Oberfläche auf dem Substrat gebildet.
  • Die Meta-Oberfläche enthält mehrere Meta-Oberflächen-Funktionseinheiten, die Meta-Oberflächen-Funktionseinheit enthält eine anisotrope Sub-Wellenlängenstruktur, und die Sub-Wellenlängenstruktur ist basierend auf einer Polarisationsrichtung von linear polarisiertem einfallendem Licht und einer linear polarisierten Zustandsverteilung von erforderlichem emittiertem Licht angeordnet.
  • In einer Ausführungsform kann der Schritt, in dem die Meta-Oberfläche auf dem Substrat gebildet wird, die folgenden Schritte umfassen: eine Azimutwinkelverteilung der Sub-Wellenlängenstruktur auf einer Ebene der Meta-Oberfläche wird gemäß der linear polarisierten Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts bestimmt, wobei ein Azimutwinkel ein eingeschlossener Winkel zwischen einer Langachsenrichtung der Sub-Wellenlängenstruktur und einer Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts ist, das auf das linear polarisierte Lichtumwandlungselement einfällt; ein Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur gemäß der Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts und der Azimutwinkelverteilung bestimmt wird; und zumindest die Sub-Wellenlängenstruktur auf dem Substrat basierend auf dem Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur gebildet wird.
  • In einer Ausführungsform kann der Schritt, in dem zumindest die Sub-Wellenlängenstruktur auf dem Substrat basierend auf dem Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur gebildet wird, die folgenden Schritte umfassen: eine metallische Reflexionsschicht und eine dielektrische Schicht, die sequentiell laminiert sind, werden auf dem Substrat durch Aufdampfen gebildet; ein Fotolack oder ein Elektronenstrahlkleber wird auf eine Oberfläche einer vom Substrat abgewandten Seite der dielektrischen Schicht aufgeschleudert; der Fotolack oder der Elektronenstrahlkleber wird lithographiert, um einen Teil des Fotolacks oder einen Teil des Elektronenstrahlklebers zu entfernen, und das Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur wird an einer Position gebildet, an der der Fotolack entfernt oder der Elektronenstrahlkleber entfernt ist; eine Schicht eines Metalls wird auf eine gesamte Oberfläche aufgedampft; und der verbleibende Fotolack oder der verbleibende Elektronenstrahlkleber wird aufgelöst und das auf den Fotolack oder den Elektronenstrahlkleber aufgedampfte Metall wird entfernt, so dass das verbleibende Metall die Sub-Wellenlängenstruktur bildet.
  • Basierend auf den obigen technischen Schemata umfasst in einer Anwendungsausführungsform der vorliegenden Anmeldung, wie in 7 gezeigt, das Herstellungsverfahren eines linear polarisierten Lichtumwandlungselements die Schritte 210 bis 280.
  • In Schritt 210 wird ein Substrat bereitgestellt.
  • In Schritt 220 wird eine Azimutwinkelverteilung der Sub-Wellenlängenstruktur auf einer Ebene der Meta-Oberfläche entsprechend der linear polarisierten Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts bestimmt, wobei ein Azimutwinkel ein eingeschlossener Winkel zwischen einer Langachsenrichtung der Sub-Wellenlängenstruktur und einer Polarisationsrichtung von linear polarisiertem einfallendem Licht ist, das auf das linear polarisierte Lichtumwandlungselement einfällt.
  • Die Polarisationsrichtung des Lichts, das von jedem Bereich auf der Meta-Oberfläche emittiert wird, kann entsprechend der linear polarisierten Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts bestimmt werden. Basierend auf dem geometrischen Phasenprinzip nach Berry kann man in den obigen Ausführungsformen sehen, dass die Polarisationsrichtung des emittierten Lichts das 2-fache des Azimutwinkels der Sub-Wellenlängenstruktur ist, so dass die Azimutwinkelverteilung der Sub-Wellenlängenstruktur auf der Ebene der Meta-Oberfläche bestimmt werden kann.
  • In Schritt 230 wird ein Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur entsprechend der Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts und der Azimutwinkelverteilung bestimmt.
  • Da der Azimutwinkel der eingeschlossene Winkel zwischen der Langachsenrichtung der Sub-Wellenlängenstruktur und der Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts ist, das auf das linear polarisierte Lichtumwandlungselement einfällt, kann in einem Fall, in dem die Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts konstant ist, die Langachsenrichtung der Sub-Wellenlängenstruktur in jedem Bereich auf der Meta-Oberfläche gemäß der in Schritt 220 erhaltenen Azimutwinkelverteilung bestimmt werden, und somit wird das Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur bestimmt.
  • In Schritt 240 werden auf dem Substrat durch Aufdampfen eine metallische Reflexionsschicht und eine dielektrische Schicht gebildet, die nacheinander laminiert werden.
  • Bezugnehmend auf 8 werden auf dem Substrat 1 durch Aufdampfen eine metallische Reflexionsschicht 202 und eine dielektrische Schicht 203 gebildet, die aufeinanderfolgend laminiert sind, wobei die metallische Reflexionsschicht 202 aus Aluminium oder Gold und die dielektrische Schicht 203 aus Siliziumdioxid bestehen kann. In einer Ausführungsform können die metallische Reflexionsschicht 202 und die dielektrische Schicht 203 nacheinander auf das Substrat 1 aufgedampft werden, indem eine thermische Aufdampfungs- oder eine Elektronenstrahl-Aufdampfungstechnologie verwendet wird.
  • In Schritt 250 wird ein Fotolack oder ein Elektronenstrahlkleber auf eine Oberfläche einer vom Substrat abgewandten Seite der dielektrischen Schicht aufgeschleudert.
  • Wie in 9 gezeigt, wird ein Fotolack 40 oder ein Elektronenstrahlkleber auf eine Oberfläche einer vom Substrat 1 abgewandten Seite der dielektrischen Schicht 203 aufgeschleudert.
  • In Schritt 260 wird der Fotolack oder der Elektronenstrahlkleber lithografiert, um einen Teil des Fotolacks oder einen Teil des Elektronenstrahlklebers zu entfernen, und das Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur wird an einer Stelle gebildet, an der der Fotolack oder der Elektronenstrahlkleber entfernt ist.
  • In einer Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, wird der Fotolack 40 unter Verwendung von Ultraviolettlithographie belichtet, oder der Elektronenstrahlkleber wird unter Verwendung von Elektronenstrahllithographie belichtet, und dann wird der belichtete Fotolack 40 oder der belichtete Elektronenstrahlkleber unter Verwendung einer entsprechenden Entwicklungslösung entfernt, um ein Anordnungsmuster 200 der Sub-Wellenlängenstruktur an einer Position zu bilden, an der der Fotolack 40 oder der Elektronenstrahlkleber entfernt ist, und schließlich wird der verbleibende Fotolack 40 oder der verbleibende Elektronenstrahlkleber gereinigt.
  • In Schritt 270 wird eine Schicht eines Metalls auf eine ganze Oberfläche aufgedampft.
  • In einer Ausführungsform, wie in 11 gezeigt, wird ein Elektronenstrahl-Verdampfungsprozess oder ein thermischer Verdampfungsprozess zum Aufdampfen einer Schicht eines Metalls 50 auf eine Oberfläche der dielektrischen Schicht 203 und eine Oberfläche des verbleibenden Fotolacks 40 oder eine Oberfläche des verbleibenden Elektronenstrahlklebers verwendet.
  • In Schritt 280 wird der verbleibende Fotolack oder der verbleibende Elektronenstrahlkleber aufgelöst und das auf den Fotolack oder den Elektronenstrahlkleber aufgedampfte Metall entfernt, so dass das verbleibende Metall die Sub-Wellenlängenstruktur bildet.
  • In einer Ausführungsform, wie in 12 gezeigt, wird eine entsprechende Klebstoffentfernungslösung zum Entfernen des verbleibenden Fotolacks 40 oder des verbleibenden Elektronenstrahlklebers verwendet, so dass das Metall abfällt, das sich auf dem verbleibenden Fotolack 40 oder dem verbleibenden Elektronenstrahlkleber befindet, und somit die Schicht des Metalls auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 203 erhalten bleibt, um die Sub-Wellenlängenstruktur 201 zu bilden.
  • Das linear polarisierte Lichtumwandlungselement mit der reflektierenden Meta-Oberfläche kann gemäß dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren eines linear polarisierten Lichtumwandlungselements hergestellt werden. Die obigen Ausführungsformen beschreiben lediglich beispielhaft das Herstellungsverfahren der reflektierenden Meta-Oberfläche mit der metallischen Reflexionsschicht 202, der dielektrischen Schicht 203 und der metallischen Sub-Wellenlängenstruktur 201. Es sollte beachtet werden, dass die reflektierende Meta-Oberfläche des linear polarisierten Lichtumwandlungselements in der vorliegenden Anmeldung darüber hinaus eine Struktur umfassen kann, in der eine metallische Reflexionsschicht und eine metallische Sub-Wellenlängenstruktur laminiert sind, oder eine Struktur, in der eine metallische Reflexionsschicht und eine dielektrische Sub-Wellenlängenstruktur laminiert sind. Das spezifische Herstellungsverfahren kann vernünftigerweise auf der Grundlage des Herstellungsverfahrens des linear polarisierten Lichtumwandlungselements in dieser Ausführungsform abgeleitet werden, das hier nicht wiederholt wird.
  • Darüber hinaus stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ferner ein Herstellungsverfahren für ein linear polarisiertes Lichtumwandlungselement mit einer transmissiven Meta-Oberfläche bereit, und das Herstellungsverfahren umfasst die unten beschriebenen Schritte 310 bis 390.
  • In Schritt 310 wird ein transparentes Substrat bereitgestellt.
  • In Schritt 320 wird eine Azimutwinkelverteilung einer Sub-Wellenlängenstruktur auf einer Ebene einer Meta-Oberfläche entsprechend einer linear polarisierten Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts bestimmt.
  • In Schritt 330 wird ein Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur entsprechend einer Polarisationsrichtung von linear polarisiertem einfallendem Licht und der Azimutwinkelverteilung bestimmt.
  • In Schritt 340 wird eine dielektrische Schicht auf das transparente Substrat aufgedampft oder auf ihm abgeschieden.
  • Die dielektrische Schicht kann aus Silizium, Siliziumnitrid oder Titandioxid bestehen.
  • In Schritt 350 wird ein Fotolack oder ein Elektronenstrahlkleber auf eine Oberfläche einer vom Substrat abgewandten Seite der dielektrischen Schicht aufgeschleudert.
  • In Schritt 360 wird der Fotolack oder der Elektronenstrahlkleber lithografiert, um einen Teil des Fotolacks oder einen Teil des Elektronenstrahlklebers zu entfernen, und das Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur wird an einer Stelle gebildet, an der der Fotolack oder der Elektronenstrahlkleber entfernt ist.
  • In Schritt 370 wird eine Schutzschicht auf eine ganze Oberfläche aufgedampft.
  • Die Schutzschicht kann aus Chrom bestehen.
  • In Schritt 380 wird der restliche Fotolack oder der restliche Elektronenstrahlkleber aufgelöst und die auf den Fotolack oder den Elektronenstrahlkleber aufgedampfte Schutzschicht entfernt.
  • In Schritt 390 wird die verbleibende Schutzschicht als Maskenfilm verwendet, eine dielektrische Schicht, die die Schutzschicht nicht bedeckt, wird geätzt, und die verbleibende Schutzschicht wird entfernt, so dass die verbleibende dielektrische Schicht die Sub-Wellenlängenstruktur bildet.
  • In einer Ausführungsform wird die linear polarisierte Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts durch eine Orientierungsrichtung der zu orientierenden Flüssigkristalle bestimmt. Daher kann die linear polarisierte Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts basierend auf der Orientierungsrichtung der zu orientierenden Flüssigkristalle bestimmt werden, so dass ein Flüssigkristall-Lichtsteuerungs-Orientierungssystem für die Flüssigkristall-Lichtsteuerungs-Orientierung hergestellt wird, die Orientierung von Flüssigkristallmolekülen im Sub-Wellenlängenmaßstab gesteuert werden kann und die Flüssigkristall-LichtsteuerungsOrientierung mit der hohen räumlichen Auflösung erreicht wird.
  • Darüber hinaus kann in dieser Anmeldung die optische Reflexionseffizienz der Meta-Oberfläche verbessert werden, indem die Parameter (wie Länge und Breite) der Sub-Wellenlängenstruktur basierend auf dem Oberflächenplasmonenresonanz-Prinzip angepasst werden, so dass die Ausnutzungsrate des linear polarisierten einfallenden Lichts verbessert und der Verlust des linear polarisierten einfallenden Lichts reduziert wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 201910007580 X [0001]

Claims (10)

  1. Linear polarisiertes Lichtumwandlungselement, umfassend: ein Substrat; und eine auf dem Substrat befindliche Meta-Oberfläche; wobei die Meta-Oberfläche mindestens einen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich umfasst, jeder Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich mindestens eine Meta-Oberflächen-Funktionseinheit umfasst, jede Meta-Oberflächen-Funktionseinheit eine anisotrope Sub-Wellenlängenstruktur umfasst und eine Langachsenrichtung jeder Sub-Wellenlängenstruktur in einem gleichen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich die gleiche ist.
  2. Element nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Lichtfeldregulierungs-Steuerbereich mindestens zwei Lichtfeldregulierungs-Steuerbereiche umfasst und Langachsenrichtungen von Sub-Wellenlängenstrukturen in verschiedenen Lichtfeldregulierungs-Steuerbereichen unterschiedlich sind.
  3. Element nach Anspruch 1, wobei jede Meta-Oberflächen-Funktionseinheit eine der folgenden Strukturen umfasst: (i) eine Struktur, in der eine metallische Reflexionsschicht, eine dielektrische Schicht und eine metallische Sub-Wellenlängenstruktur laminiert sind; (ii) eine Struktur, in der eine metallische Reflexionsschicht und eine metallische Sub-Wellenlängenstruktur laminiert sind; (iii) eine Struktur, in der eine metallische Reflexionsschicht und eine dielektrische Sub-Wellenlängenstruktur laminiert sind; oder (iv) eine dielektrische Sub-Wellenlängenstruktur.
  4. Linear polarisiertes Lichtumwandlungssystem, umfassend einen Laser, einen Strahlformer, einen linearen Polarisator und das linear polarisierte Lichtumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3; wobei der Laser so konfiguriert ist, dass er eine Laserlichtquelle bereitstellt; der Strahlformer so konfiguriert ist, dass er ein von dem Laser emittiertes Laserlicht formt; und der lineare Polarisator so konfiguriert ist, dass er das geformte Laserlicht in linear polarisiertes einfallendes Licht umwandelt und das linear polarisierte einfallende Licht zu der Meta-Oberfläche des linear polarisierten Lichtumwandlungselements überträgt.
  5. System nach Anspruch 4, wobei das linear polarisierte Lichtumwandlungssystem ein Flüssigkristall-Lichtsteuerungs-Orientierungssystem ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines linear polarisierten Lichtumwandlungselements, umfassend: Bereitstellen eines Substrats; und Bilden einer Meta-Oberfläche auf dem Substrat, wobei die Meta-Oberfläche eine Vielzahl von Meta-Oberflächen-Funktionseinheiten umfasst, jede Meta-Oberflächen-Funktionseinheit eine anisotrope Sub-Wellenlängenstruktur umfasst und die Sub-Wellenlängenstruktur basierend auf einer Polarisationsrichtung von linear polarisiertem einfallendem Licht und einer linear polarisierten Zustandsverteilung von erforderlichem emittiertem Licht angeordnet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bilden der Meta-Oberfläche auf dem Substrat umfasst: Bestimmen, entsprechend der linear polarisierten Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts, einer Azimutwinkelverteilung der Sub-Wellenlängenstruktur auf einer Ebene der Meta-Oberfläche, wobei ein Azimutwinkel ein eingeschlossener Winkel zwischen einer Langachsenrichtung der Sub-Wellenlängenstruktur und einer Polarisationsrichtung von linear polarisiertem einfallendem Licht ist, das auf das linear polarisierte Lichtumwandlungselement einfällt; Bestimmen eines Anordnungsmusters der Sub-Wellenlängenstruktur gemäß der Polarisationsrichtung des linear polarisierten einfallenden Lichts und der Azimutwinkelverteilung; und Bilden von mindestens der Sub-Wellenlängenstruktur auf dem Substrat basierend auf dem Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bilden von zumindest der Sub-Wellenlängenstruktur auf dem Substrat basierend auf dem Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur umfasst: Bilden einer metallischen Reflexionsschicht und einer dielektrischen Schicht auf dem Substrat durch Aufdampfen, die nacheinander laminiert werden; Aufschleudern eines Fotolacks oder eines Elektronenstrahlklebers auf eine Oberfläche einer vom Substrat abgewandten Seite der dielektrischen Schicht; Lithographieren des Fotolacks oder des Elektronenstrahlklebers, um einen Teil des Fotolacks oder einen Teil des Elektronenstrahlklebers zu entfernen, und Bilden des Anordnungsmusters der Sub-Wellenlängenstruktur an einer Position, an der der Fotolack entfernt oder der Elektronenstrahlkleber entfernt ist; Aufdampfen einer Schicht aus einem Metall auf eine ganze Oberfläche; und Auflösen eines verbleibenden Fotolacks oder eines verbleibenden Elektronenstrahlklebers und Entfernen des auf den Fotolack oder den Elektronenstrahlkleber aufgedampften Metalls, so dass ein verbleibendes Metall die Sub-Wellenlängenstruktur bildet.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bilden von zumindest der Sub-Wellenlängenstruktur auf dem Substrat basierend auf dem Anordnungsmuster der Sub-Wellenlängenstruktur umfasst: Aufdampfen oder Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf einem transparenten Substrat; Aufschleudern eines Fotolacks oder eines Elektronenstrahlklebers auf eine Oberfläche einer vom Substrat abgewandten Seite der dielektrischen Schicht; Lithographieren des Fotolacks oder des Elektronenstrahlklebers, um einen Teil des Fotolacks oder einen Teil des Elektronenstrahlklebers zu entfernen, und Bilden des Anordnungsmusters der Sub-Wellenlängenstruktur an einer Position, an der der Fotolack entfernt oder der Elektronenstrahlkleber entfernt ist; Aufdampfen einer Schutzschicht auf eine ganze Oberfläche; Auflösen eines verbleibenden Fotolacks oder eines verbleibenden Elektronenstrahlklebers und Entfernen der auf den Fotolack oder den Elektronenstrahlkleber aufgedampften Schutzschicht; und Verwenden einer verbleibenden Schutzschicht als Maskenfilm, Ätzen einer dielektrischen Schicht, die die Schutzschicht nicht bedeckt, und Entfernen der verbleibenden Schutzschicht, so dass eine verbleibende dielektrische Schicht die Sub-Wellenlängenstruktur bildet.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die linear polarisierte Zustandsverteilung des erforderlichen emittierten Lichts durch eine Orientierungsrichtung eines zu orientierenden Flüssigkristalls bestimmt wird.
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109581548A (zh) * 2019-01-04 2019-04-05 南方科技大学 一种线偏振光转换元件、制备方法和线偏振光转换系统
CN109884808B (zh) * 2019-04-18 2021-06-01 中国科学院光电技术研究所 一种基于介质柱结构的离轴入射多波长色散调控超表面
CN110274693B (zh) * 2019-07-12 2021-10-08 南方科技大学 一种偏振检测装置
CN112241070B (zh) * 2019-07-16 2022-07-29 苏州大学 大幅面光学偏振图案生成装置及生成方法
CN110459133A (zh) * 2019-08-19 2019-11-15 南方科技大学 图像显示系统以及反射式超构表面器件的制备方法
CN110854145A (zh) * 2019-11-01 2020-02-28 Oppo广东移动通信有限公司 一种像素结构、图像传感器及终端
CN111367088B (zh) * 2020-02-22 2021-03-12 清华大学 一种基于超构表面的正交偏振光成像衍射光学器件
CN112859230B (zh) * 2021-01-20 2022-11-25 成都第三象限未来科技有限公司 一种实现单向自旋圆偏振态转换的太赫兹超构聚焦透镜
CN113267842A (zh) * 2021-05-19 2021-08-17 福州高意光学有限公司 一种玻璃偏振片及其制作方法
CN113504686A (zh) * 2021-06-04 2021-10-15 华南师范大学 亚波长聚焦液晶透镜及其高分辨制备方法
CN113608281B (zh) * 2021-06-25 2022-09-30 中山大学 一种具有相位和振幅调控能力的反射式动态超构表面器件
CN113820895A (zh) * 2021-07-08 2021-12-21 湖南大学 一种基于超构表面的像素化动态全息显示器件及实现方法
CN113917588B (zh) * 2021-09-06 2022-07-05 武汉理工大学 超表面结构透射式偏振调控器及其制备方法
CN113917580B (zh) * 2021-09-13 2022-05-31 华中科技大学 一种白光超表面角谱微分器及角谱微分方法
CN116165820A (zh) * 2021-11-25 2023-05-26 华为技术有限公司 一种硅基液晶lcos装置以及波长选择开关wss
CN114185125B (zh) * 2021-11-29 2024-04-02 西安理工大学 超表面偏振调控的消色差方法
CN114114720B (zh) * 2021-12-08 2023-08-25 华中科技大学 一种基于超构表面的全维度光场调控方法和器件
CN114325937A (zh) * 2021-12-14 2022-04-12 北京理工大学重庆创新中心 一种基于叉形光栅的轨道角动量光束产生与调控器件
CN114336075B (zh) * 2022-01-10 2022-11-22 安徽师范大学 一种涡旋电磁超表面结构及其涡旋电磁波产生方法
CN115236786B (zh) * 2022-08-02 2024-02-02 西北工业大学 一种液晶相位板、制备方法及双面涡旋光束产生系统
WO2024045150A1 (en) * 2022-09-02 2024-03-07 Huawei Technologies Co., Ltd. Devices and methods for controllably reflecting electromagnetic waves

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4664865B2 (ja) * 2006-06-02 2011-04-06 株式会社リコー 光処理素子
US8537464B2 (en) * 2009-12-09 2013-09-17 Advanced Micro Devices, Inc. Optical isolation module and method for utilizing the same
CN102776566A (zh) * 2011-05-11 2012-11-14 深圳光启高等理工研究院 基于多晶硅的超材料制备方法和基于多晶硅的超材料
CN103792605A (zh) * 2013-12-11 2014-05-14 南京大学 叉形液晶光栅的制备及其在生成涡旋光束中的应用
CN106066541B (zh) * 2016-07-27 2019-06-25 鲁东大学 一种产生广义柱面矢量偏振光束的方法及装置
CN106646715B (zh) * 2016-11-28 2019-03-08 南京大学 一种对称l形金属超构表面分束器以及制备方法
CN106842376B (zh) * 2017-01-25 2019-06-04 南京大学 一种三维超构材料及其制备方法和应用
CN107272216A (zh) * 2017-08-01 2017-10-20 中国科学院半导体研究所 透射式金属超材料光束偏振分布变换器件
CN107589540B (zh) * 2017-10-31 2020-09-25 重庆大学 双折射相位调控超表面结构单元、宽带偏振与相位调控阵列及器件
CN108490603B (zh) * 2018-03-09 2020-02-14 北京理工大学 基于透射型介质超颖表面产生矢量光束的方法
CN108646427B (zh) * 2018-05-16 2020-11-27 中国科学院光电技术研究所 一种基于超构表面的超薄衍射光学元件
CN108803088A (zh) * 2018-05-31 2018-11-13 上海理工大学 基于超表面的光偏振控制的透反射一体式转换器
CN109459870B (zh) * 2018-07-04 2020-04-24 北京理工大学 基于双折射介质超颖表面的多通道矢量全息偏振复用方法
CN109581548A (zh) * 2019-01-04 2019-04-05 南方科技大学 一种线偏振光转换元件、制备方法和线偏振光转换系统

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