TWI467232B

TWI467232B - 用以將反射及透射光輻射輪廓塑形的非週期性光柵及包含此光柵之系統

Info

Publication number: TWI467232B
Application number: TW100103683A
Authority: TW
Inventors: Jingjing Li; David A Fattal; R Stanley Williams; Raymond G Beausoleil
Original assignee: Hewlett Packard Development Co
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2015-01-01
Also published as: TW201140141A; US20120092770A1; WO2011093890A1

Description

用以將反射及透射光輻射輪廓塑形的非週期性光柵及包含此光柵之系統

發明領域

本發明之實施例係針對光學裝置，及特別係針對次波長光柵。

發明背景

1990年代早期識別介電光柵的諧振效應具有應用於自由空間光學濾波與感測的展望應用用途。諧振效應典型地係出現在次波長光柵，此處第一級繞射模式並未對應自由傳播光，但也未對應某些介電層中捕獲的導引波。當使用高指數反差光柵時，導引波被快速散射且不會於橫向傳播極遠。結果，諧振特徵可為相當寬頻及具有高角公差，其已經用來設計新穎類型之高度反射鏡。晚近，次波長光柵鏡已經用在豎腔表面發射雷射及新穎微機電裝置中替代頂介電堆疊。除了更為精簡與製造上相對價廉之外，次波長光柵鏡也提供偏振控制。

雖然近年來次波長光柵已有諸多進步，但光學裝置之設計者、製造商及使用者仍然持續尋求光柵提昇來增廣光柵的可能應用範圍。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種光柵其包含一平面結構其具有一第一表面及與該第一表面位置相對之一第二表面；及形成在該第一表面內部之一非週期性次波長光柵，其中對入射在該第一表面上之光，該光之一第一部分係以第一波前形狀及第一輻射輪廓反射，及該光之一第二部分係以第二波前形狀及第二輻射輪廓透射。

圖式簡單說明

第1圖顯示依據本發明之一或多個實施例操作之次波長光柵。

第2A圖顯示依據本發明之一或多個實施例，組配有一維光柵圖樣之平面次波長光柵之頂視平面圖。

第2B至2C圖顯示依據本發明之一或多個實施例，組配有二維光柵圖樣之兩個平面次波長光柵之頂視平面圖。

第3圖顯示依據本發明之一或多個實施例，揭示由反射光及透射光所要求之相角的兩個分開光柵次圖樣之線之剖面圖。

第4圖顯示依據本發明之一或多個實施例，揭示反射光及透射光如何變化的兩個分開光柵次圖樣之線之剖面圖。

第5A圖顯示由依據本發明之一或多個實施例組配的光柵圖樣所產生之反射相角輪廓投影圖之一實例之等角視圖。

第5B圖顯示由依據本發明之一或多個實施例組配的光柵圖樣所產生之透射相角輪廓投影圖之一實例之等角視圖。

第6A圖顯示依據本發明之一或多個實施例組配來控制反射波前及透射波前之形狀的次波長光柵之側視圖。

第6B圖顯示依據本發明之一或多個實施例組配來將反射光聚焦至一焦點的次波長光柵之側視圖。

第6C圖顯示依據本發明之一或多個實施例組配來將透射光聚焦至一焦點的次波長光柵之側視圖。

第7A圖顯示由依據本發明之一或多個實施例所組配之一光柵圖樣所產生的反射輻照度變化輪廓投影圖實例之等角視圖。

第7B圖顯示由依據本發明之一或多個實施例所組配之一光柵圖樣所產生的透射輻照度變化輪廓投影圖實例之等角視圖。

第7C圖顯示依據本發明之一或多個實施例，第7A至7B圖所示次波長光柵之反射率及透射率。

第8圖顯示依據本發明之一或多個實施例所組配之次波長光柵第一實例之平面圖。

第9圖顯示依據本發明之一或多個實施例所組配之次波長光柵第二實例之平面圖。

第10圖顯示依據本發明之一或多個實施例所組配之次波長光柵第三實例之平面圖。

第11圖顯示依據本發明之一或多個實施例，對一次波長光柵跨入射光波長範圍之反射率及相移之作圖。

第12圖顯示依據本發明之一或多個實施例所得呈週期及工作週期之函數之相角輪廓作圖。

第13圖顯示依據本發明之一或多個實施例所得呈週期及工作週期之函數之反射率輪廓作圖。

較佳實施例之詳細說明

本發明之實施例係針對可經組配來控制反射光及透射光之射束輪廓線之平面次波長介電光柵(「SWG」)。藉由組配一種具有非週期性光柵圖樣之次波長介電光柵(SWG)來提供反射光及透射光二者之輻照度及相角波前控制，可達成此項目的。後文敘述中，「光」一詞係指具有波長於電磁頻譜的可見光及不可見光部分，包括電磁頻譜的紅外光及紫外光部分之電磁輻射。

平面次波長介電光柵

第1圖顯示依據本發明之一或多個實施例用以產生反射光及透射光之系統。如第1圖所示，系統100包括設置來接收來自光源102之入射光束之次波長介電光柵(SWG)101。光源102可為雷射、發光二極體或用以產生實質上單色光之任何其它適當來源。SWG 101係組配來反射入射光之第一部分，以反射束104表示，及透射入射光之第二部分，以透射束106表示。SWG 101為實質上無損耗且可經組配來非週期性光柵圖樣來控制反射光及透射光之相角波前或波前。該反射束104之輻照度及該透射束106之輻照度約略等於由該光源102所產生之入射光之輻照度。非週期性光柵圖樣也可經組配來控制自SWG 100反射及透射通過SWG 100之光的輻照度。

第2A圖顯示依據本發明之一或多個實施例，組配有一維光柵圖樣之平面SWG 200之頂視平面圖。該一維光柵圖樣係由多個一維光柵次圖樣所組成。於第2A圖之實例中，三個光柵次圖樣201-203之實例經放大。各個光柵次圖樣包含多個由槽所隔開的規則間隔的光柵層102材料之線狀部分，稱作為「線」。線係於y方向延伸且係於x方向週期性間隔。第2A圖也包括光柵次圖樣202之放大端視圖204。端視圖204顯示線206及207係藉於z方向延伸之槽所隔開。各個次圖樣係以線之特定週期性間隔及以於x方向之線寬為其特徵。舉例言之，次圖樣201包括藉週期p₁ 所隔開的寬度w₁ 之線，藉週期p₂ 所隔開的寬度w₂ 之線，及藉週期p₃ 所隔開的寬度w₃ 之線。

光柵次圖樣201-203形成次波長光柵其可經組配來優先反射及透射入射光，只要週期p₁ 、p₂ 、及p₃ 係小於入射光波長即可。舉例言之，取決於入射光波長，線寬可於自約10奈米至約300奈米之範圍，及週期可於自約20奈米至約1微米之範圍。反射光及透射光所要求之相角及反射光及透射光之輻照度係由線厚度t測定，及工作週期η定義為：

此處w為線寬及p為與次圖樣相關聯之線之週期。

注意SWG 200可經組配來藉由調整線之週期、線寬及線厚度而反射或透射入射光之x偏振成分或y偏振成分。舉例言之，特定週期、線寬及線厚度適合用以反射x偏振成分，但不適合用以反射y偏振成分。此種情況下，y偏振成分可通過SWG透射。另一方面，不同週期、線寬及線厚度適合用以反射y偏振成分，但不適合用以反射x偏振成分。此種情況下，x偏振成分可通過SWG透射。

本發明之實施例並非限於一維光柵。SWG可經組配以二維非週期性光柵圖樣來反射及透射偏極性不敏感光。第2B至2C圖顯示依據本發明之一或多個實施例，組配有二維光柵圖樣之兩個平面次波長光柵實例之頂視平面圖。第2B圖之實例中，SWG係由柱所組成，而非由藉槽所隔開的線所組成。工作週期及週期可於x方向及y方向改變。放大部分210及212顯示兩個不同的柱尺寸。第2B圖包括包含放大部分210之柱之等角視圖214。本發明之實施例並非囿限於方形柱，於其它實施例中，柱可為矩形、圓形、橢圓形或任何其它適當形狀。於第2C圖之實例中，SWG係由孔而非由柱所組成。放大部分216及218顯示兩個不同孔尺寸。第2C圖包括包含放大部分216之等角視圖220。雖然於第2C圖顯示的孔為方形，但於其它實施例中孔可為矩形、圓形、橢圓形或任何其它適當形狀。

前述光柵次圖樣可經組配來差異地反射及/或透射入射光，原因在於對各個次圖樣選用不同的厚度、工作週期及週期。第3圖顯示依據本發明之一或多個實施例，揭示由反射光及透射光所要求之相角的兩個分開光柵次圖樣之線之剖面圖。舉例言之，線302及303可為於第一次圖樣之線，及線304及305可為位在同一個SWG它處的第二次圖樣之線。線302及303之厚度t₁ 係大於線304及305之厚度t₂ ，及與線302及303相關聯之工作週期η₁ 也係大於與線304及305相關聯之工作週期η₂ 。如第3圖之實例顯示，入射波308及310 以約略相同相角撞擊線302-305。入射在線302-305上的光變成被線302及303捕獲而獲得反射相移。另一方面，線304及305之厚度及工作週期係經選擇使得入射在線304及305上的光第一部分係經反射而第二部分被透射。如第3圖之實例顯示，從線304及305反射之波314獲得反射相移(亦即>)，及波316表示透射通過線304及305之線的相同部分而獲得透射相移θ。

第4圖顯示依據本發明之一或多個實施例，揭示反射光及透射光如何變化的兩個分開光柵次圖樣之線302-305之剖面圖。如第4圖之實例顯示，具有實質上一致波前402之入射光撞擊線302-305而產生彎曲反射波前404及405。比較具有相對較小工作週期η₂ 及厚度t₂ 之與線304及305交互作用的相同入射波前402部分，從與線302及303交互作用的入射波前402部分結果所得之彎曲反射波前404係具有相對較大工作週期η₁ 及厚度t₁ 。反射波前404及405之曲面形狀係與相較於撞擊線304及305之光獲得較小相角而撞擊線302及303之光獲得較大相角符合一致。線304及305也係經組配來透射部分入射光而導致透射波前406。注意因撞擊線304及305之入射光部分被透射，故從線304及305反射之光之輻照度係小於從線302及303反射之光之輻照度。

SWG 200可經組配來施加特殊相角改變至反射光，同時維持SWG某些區的極高反射率，且可經組配來施加特殊相角改變至透射光，同時維持極高透射率。

第5A圖顯示由依據本發明之一或多個實施例，由第一 SWG 504之特殊光柵圖樣所產生之反射相角輪廓投影圖502之一實例之等角視圖。輪廓投影圖502表示藉從SWG 504之反射光所獲得之相角改變之幅度。於第5A圖所示實例，於SWG 504的光柵圖樣產生由接近SWG 504中心之反射光所獲得的相角具有最大幅度之一輪廓投影圖502。藉反射光所獲得的相角幅度隨著遠離SWG 504中心而遞減。舉例言之，從次圖樣506反射之光獲得相角，而從次圖樣508反射之光獲得相角，此處係大於。

另一方面，第5B圖顯示由依據本發明之一或多個實施例，由第二SWG 514之特殊光柵圖樣所產生之透射相角輪廓投影圖512之一實例之等角視圖。輪廓投影圖512表示藉從SWG 514之透射光所獲得之相角改變之幅度。於第5B圖所示實例，於SWG 514的光柵圖樣產生由接近SWG 514中心之透射光所獲得的相角之最大幅度之一輪廓投影圖512。藉透射光所獲得的相角幅度隨著遠離SWG 514中心而遞減。舉例言之，從次圖樣516透射之光獲得相角θ₁ ，而從次圖樣518反射之光獲得相角θ₂ ，此處θ₁ 係大於θ₂ 。

相角的改變塑形從SWG反射光之波前及通過SWG透射光之波前。舉例言之，如前文參考第3圖所述，比較具有相對較小工作週期之線，具有相對較大工作週期之線具有較大相移。結果，具有第一工作週期之從線所反射的波前第一部分係滯後在從組配有第二相對較小工作週期的從不同線集合所反射的相同波前之第二部分後方。本發明之實施例包括選擇性地圖樣化SWG之光柵層來控制橫過該 SWG之反射相角及透射相角，及最終控制反射波前及透射波前。

第6A圖顯示依據本發明之一或多個實施例組配來控制反射波前及透射波前之形狀的次波長光柵SWG 600之側視圖。於第6圖之實例中，SWG 600係經組配來使得入射光602係以波前604反射而以波前606透射。

SWG可經組配來作為會聚鏡或會聚透鏡而操作。第6B圖顯示依據本發明之一或多個實施例組配有一光柵層來將反射光聚焦至一焦點608的次波長光柵SWG 606之側視圖。第6B圖之實例中，SWG 606係經組配有一光柵圖樣，其反射入射光之至少一部分，具有波前係對應於將反射光聚焦在焦點608。另一方面，第6C圖顯示依據本發明之一或多個實施例組配有一光柵層來將透射光聚焦至一焦點612的次波長光柵SWG 610之側視圖。第6C圖之實例中，SWG 610係經組配有一光柵圖樣，其透射入射光之至少一部分，具有波前係對應於將透射光聚焦在焦點612。其它實施例中，SWG可經組配來操作為發散鏡或發散透鏡。

SWG 200可經組配來控制反射光及透射光之輻照度輪廓而極少損耗至無損耗。第7A圖顯示由依據本發明之一或多個實施例，SWG 704之一特定光柵圖樣所產生的反射輻照度輪廓投影圖702實例之等角視圖。輪廓投影圖702表示從SWG 704反射光在SWG 704表面上的輻照度。於第7A圖所示實例中，SWG 704之光柵圖樣係經組配來使得從SWG 704所反射之光的輻照度為環形或環狀塑形。換言之，沿z 軸觀看反射光束，顯示環形或環狀塑形光圖樣。未被SWG 704反射之光係通過SWG 704透射而具有極少至無損耗。第7B圖顯示由依據本發明之一或多個實施例，通過SWG 704透射光之輻照度輪廓投影圖708。輪廓投影圖708表示通過SWG 704透射光在SWG 704表面上的輻照度。沿z軸觀看透射光顯示深色環形或環狀塑形區。第7C圖顯示依據本發明之一或多個實施例SWG 704之反射率及透射率。第7C圖中，軸710表示透射率，及軸712表示反射率。曲線714表示與從SWG 704反射光相關聯之反射率之剖面圖，及曲線716表示與通過SWG 704透射光相關聯之透射率之剖面圖。曲線714揭示從SWG 704反射光之輻照度輪廓之形狀，及曲線716揭示通過SWG 704透射光之輻照度輪廓之形狀。

本發明之實施例包括組配SWG來對反射光及透射光產生寬廣多變的輻照度輪廓。第8圖顯示依據本發明之一或多個實施例組配之一SWG 802之實例之平面圖。第8圖包括對應於從SWG 802反射及透射過SWG 802之光的反射率及透射率作圖。深色陰影環形區804表示經組配來反射入射光的SWG 802區，該反射入射光以反射率曲線806表示；而非陰影環形區808表示經組配來透射光的SWG 802區，該透射光以透射率曲線810表示。第8圖也包括透射通過SWG 802之光束之剖面圖812。深色環形區816表示透射束之深色部分(亦即入射束之反射部分)及對應透射率約等於零之曲線810之區818。非陰影環形區818表示透射束之同心環形照度部分及對應透射率約等於零之曲線810之區822。透射率曲線 810之波形顯示環形區之照度或振幅係遠離光束中心而遞減。所得光束稱作為艾里束(Airy beam)。艾里束具有極少至無繞射，或當射束傳播時不會可察覺地擴散開。

於其它實施例中，SWG可經組配來產生貝索束(Bessel beam)，其具有相似的透射率曲線及同心照度環形區。貝索束也具有遠離射束中心，特性振幅遞減，但該振幅係以貝索函數為其特徵。貝索束類似艾里束，具有當射束傳播時實質上極少或無繞射的性質。

本發明之實施例包括組配SWG來產生在透射束及反射束內部之它種輻照度輪廓。第9圖顯示依據本發明之一或多個實施例SWG 900實例之平面圖。陰影區902表示組配來反射入射光之SWG 900區，而淺陰影區904表示組配來透射入射光之SWG 900區。第9圖包括反射束圖樣906之剖面圖，及透射束圖樣909之剖面圖。深色區910對應通過SWG 900之區904透射之入射束部分，而非陰影區912對應從SWG 900之區902反射之入射束部分。另一方面，深色區914對應從SWG 900之區902反射之入射束部分，及非陰影區916對應通過SWG 900之區904透射之入射束部分。第9圖也包括反射率及透射率作圖918及920。反射率作圖918表示沿反射束之線922之輻照度輪廓，及顯示遠離射束中心遞增的振幅。相反地，透射率作圖920表示沿透射束908之線924之輻照度輪廓，及顯示遠離射束中心遞減的射束908透射部分之振幅。

第10圖顯示依據本發明之一或多個實施例SWG 1000 實例之平面圖。陰影區1002表示組配來反射入射光之SWG 1000區，而淺陰影區1004表示組配來透射入射光之SWG 1000區。第10圖包括透射束圖樣1006之剖面圖。深色區1008對應從SWG 1000之區1002反射之入射束部分，及非陰影區1010對應通過SWG 1000之區1004透射之入射束部分。第10圖也包括表示沿線1014之輻照度輪廓之透射率作圖1012。

次波長光柵之設計與製造

若干實施例中，SWG可製成由高指數材料所組成的單層或膜(例如一連續膜)。舉例言之，SWG可由下列所組成，但非限制性：元素半導體，諸如矽(Si)或鍺(Ge)；III-V半導體，諸如砷化鎵(GaAs)；II-VI半導體；或非半導體材料，諸如碳化矽(SiC)。於其它實施例中，SWG可由配置在基材表面上的光柵層所組成，此處該光柵層係由比較基材具有相對更高反射率材料組成。舉例言之，光柵層可由前述材料組成，而基材可由石英或二氧化矽(SiO₂ )、砷化鋁鎵(AlGaAs)或氧化鋁(Al₂ O₃ )組成。

本發明之實施例包括SWG可經設計來反射與透射入射光，及將期望的相角波前導入反射光及透射光之多種方式。第一方法包括對SWG之光柵層測定反射係數側繪圖。反射係數為複合值函數表示為：

此處R(λ) 為SWG之反射率，而(λ )為由SWG所產生的相移或相變。第11圖顯示依據本發明之一或多個實施例，對由矽所組成之SWG配置在石英基材上歷經入射光之一波長範圍的反射率及相移之作圖。於本實例中，光柵層係組配有一維光柵圖樣，且係以具有電場垂直包含光柵層之線的法線入射操作。第11圖中，曲線1102係對應藉SWG對歷經約1.2微米至約2.0微米之入射光波長範圍所產生的反射率R(λ) 及曲線1104係對應相移(λ )。反射率曲線1102及相角曲線1104可使用明確已知之有限元素法或嚴格耦合波分析測定。由於矽與空氣間具有強力折射率反差，故光柵具有對其它波長之高反射率1106及透射率的寬廣頻譜區。但曲線1104顯示橫過虛線1108與1110間的整個高反射率頻譜區，反射光之相角各異。

當線之週期及寬度的空間維度係以因數α而一致地改變時，反射係數側繪圖仍維持實質上不變，但具有以因數α而定標的波長軸。換言之，當光柵已經設計有在自由空間波長λ₀ 之特定反射係數R₀ 時，藉將全部光柵幾何參數，諸如週期、線厚度、及線寬度乘以因數α=λ/λ₀ ，獲得r(λ)=r₀ (λ/α)=r₀ (λ₀ )，可設計在不同波長λ具有相同反射係數之新光柵。

此外，藉由非一致性地定標在高反射頻譜窗1106內部的原先週期性光柵參數，光柵可設計有|R(λ) |→1，但具有空間上各異的相角。假設期望在SWG上從具有橫座標(x,y )之一點反射光部分上導入相角(x,y )。接近點(x,y )，具有緩慢變化中之光柵標度因數α(x,y )的非一致光柵其局部表現彷彿該光柵為具有反射係數R₀ (λ/α)之週期性光柵。如此，給定在某個波長λ₀ 具有相角之週期性光柵設計，選擇局部標度因數α(x,y )=λ/λ₀ ，獲得在操作波長λ之(x,y)=。舉例言之，假設在SWG設計上，期望從一點(x,y )之反射光部分上導入約3π之相角，但對點(x,y )選用的線寬及週期導入約為π的相角。參考第11圖之作圖，期望相角=3π對應曲線1104上的點1112及波長λ₀ 1.67微米1114，及點(x,y )相關的相角π對應曲線704上的點1116及波長λ1.34微米。如此，標度因數α(x,y )=λ/λ₀ =1.34/1.67=0.802，及點(x,y )的線寬及週期可藉由乘以因數α調整而獲得在操作波長λ=1.34微米的期望相角=3π。

第11圖所示反射率及相移相對於一定波長範圍作圖表示一種方式，其中SWG之參數諸如線寬、線厚度及週期可經測定來將特定相角導入從SWG的特定點之反射光。於其它實施例中，隨週期及工作週期之函數而變化的相角變化也可用來建構SWG。第12圖顯示依據本發明之一或多個實施例，使用眾所周知之有限元素法或嚴格耦合波分析所得呈週期及工作週期之函數的相角變化之相角輪廓作圖。輪廓線諸如輪廓線1201-1203各自對應藉從具有週期及工作週期位在該等輪廓沿線任一處之光柵圖樣的反射光所得特定相角。相角輪廓線分隔0.25π弧度。例如輪廓線1201對應施加-0.25π弧度至反射光的週期及工作週期，及輪廓線1202對應施加-0.5π弧度至反射光的週期及工作週期。-0.25π弧度與-0.5π弧度間之相角施加至位在輪廓線1201與1202間之具有週期及工作週期的從SWG反射光。對應700奈米光柵週期及54%工作週期之第一點(p,η )1204及對應660奈米光柵週期及60%工作週期之第二點(p,η )1206，二者皆係位在輪廓線1201沿線。具有第一點1204表示的週期及工作週期之光柵圖樣將相同相角=-0.25π弧度導入反射光作為第二點1206表示之光柵圖樣。

第12圖也包括疊置在相角輪廓表面上之95%及98%反射率之兩條反射率輪廓線。虛線輪廓1208及1210對應95%反射率，而實線輪廓1212及1214對應98%反射率。位在輪廓1208與1210間任一處的點(p,η, )具有95%之最小反射率，及位在輪廓1212與1214間任一處的點(p,η, )具有98%之最小反射率。

由相角輪廓作圖表示之點(p,η, )可用來對可操作為具有最小反射率之特定類型鏡之一光柵，選擇週期及工作週期，容後於下一小節詳細說明。換言之，第12圖之相角輪廓作圖所表示的資料可用來設計SWG光學裝置。於若干實施例中，週期及工作週期可固定，而其它參數係改變來設計與製造SWG。於其它實施例中，週期及工作週期可改變來設計與製造SWG。

第13圖顯示依據本發明之一或多個實施例，使用眾所周知之有限元素法或嚴格耦合波分析所得呈週期及工作週期之函數的相角變化之振幅輪廓作圖。輪廓線諸如輪廓線1301-1303各自對應藉從具有週期及工作週期位在該等輪廓沿線任一處之光柵圖樣的反射光所得特定振幅。例如輪廓線1301對應具有反射率|R |² 0.8及透射率|T |² 0.2之週期及工作週期。

第12及13圖所示輪廓作圖表示的資料可組合用以組配具有特定非週期性光柵圖樣之SWG，其產生期望的反射或透射相角波前及/或期望的反射率及透射率。舉例言之，假設期望SWG之特定子區具有|R |² 0.6之反射率及約0.7π 之反射相移。第12圖所示輪廓作圖之點1216及第13圖所示輪廓作圖之點1304滿足此項要求。點1214及1304二者皆係對應約850奈米週期及約75%工作週期，其為用來組配該子區之參數。

SWG可使用電漿加強型化學氣相沈積於約300℃以沈積在石英基材上的450奈米厚非晶形矽製造。光柵圖樣可使用電子束光刻術界定，採用市售氫倍半矽氧烷負光阻FOX-12，以200μC/平方厘米曝光及在MIF 300顯影劑溶液內顯影3分鐘。顯影後，光柵圖樣可使用甲烷/氫氣反應性離子蝕刻預處理，而從光柵線間的槽清除光阻殘餘物。矽線可藉使用溴化氫/氧氣化學進行乾蝕刻形成。製程結束時，100奈米厚光阻層留在矽線頂上，其係包括在下述數值模擬結果。光柵也可使用微影術、奈米壓印光刻術或使用正調性光阻的電子束光刻術製造。

為了用於解說目的，前文詳細說明部分使用特定名稱以供徹底瞭解本發明。但熟諳技藝人士瞭解特定細節並非實施本發明所必要。前文本發明之特定實施例之描述係用於舉例說明及描述目的而呈現。絕非意圖為排它性或囿限本發明於所揭示的精確形式。顯然，鑑於前文教示可能做出多項修改及變化。該等實施例係顯示及描述來最佳解釋本發明原理及其實際應用，而藉此允許熟諳技藝人士最佳應用本發明，及各個實施例具有適合特定期望用途的各項修改。意圖本發明之範圍係由如下申請專利範圍及其相當物所界定。

100‧‧‧系統

101、504、514、600、606、610、 704、802、814、900、1000‧‧‧次波長介電光柵(SWG)

102‧‧‧光源

104‧‧‧反射束

106‧‧‧透射束

200‧‧‧平面SWG、平面次波長光柵

201-203‧‧‧光柵次圖樣

204‧‧‧放大端視圖

206、207、302-305‧‧‧線

208‧‧‧槽

210、212、216、218‧‧‧放大部分

214、220‧‧‧等角視圖

308、310‧‧‧入射波

314、316‧‧‧波

402‧‧‧入射波前

404、405‧‧‧反射波前

406‧‧‧透射波前

502‧‧‧反射相角輪廓投影圖

506、508、516、518‧‧‧次圖樣

512‧‧‧透射相角輪廓投影圖

602‧‧‧入射光

604、606‧‧‧波前

608、612‧‧‧焦點

702‧‧‧反射輻射輪廓投影圖

706‧‧‧入射光

708‧‧‧透射輻射輪廓投影圖

710‧‧‧透射率、軸

712‧‧‧反射率、軸

714、716‧‧‧曲線

804‧‧‧深色陰影環形區

806、1102‧‧‧反射率曲線

808、818、822‧‧‧區

810、1104‧‧‧透射率曲線

816‧‧‧深色環形區

902‧‧‧陰影區

904‧‧‧淺陰影區

906‧‧‧反射束圖樣

908‧‧‧透射束

910、914、1008‧‧‧深色區

912、916、1010‧‧‧非陰影區

918‧‧‧反射率作圖

920、1012‧‧‧透射率作圖

922、924‧‧‧線

1002‧‧‧陰影區

1004‧‧‧區

1006‧‧‧透射束圖樣

1106‧‧‧反射率

1108、1110‧‧‧虛線

1112、1116、1204、1206、1216、1304‧‧‧點

1114、1118‧‧‧波長

1201-1203、1301-1303‧‧‧輪廓線、輪廓

1208、1210‧‧‧虛線輪廓

1212、1214‧‧‧實線輪廓

第1圖顯示依據本發明之一或多個實施例操作之次波長光柵。

第7A圖顯示由依據本發明之一或多個實施例所組配之一光柵圖樣所產生的反射輻射變化輪廓投影圖實例之等角視圖。

第7B圖顯示由依據本發明之一或多個實施例所組配之一光柵圖樣所產生的透射輻射變化輪廓投影圖實例之等角視圖。

200‧‧‧次波長介電光柵(SWG)

201-203‧‧‧光柵次圖樣

204‧‧‧端視圖

206、207‧‧‧線

208‧‧‧槽

Claims

一種光柵，其包含：一平面結構，其具有一第一表面及與該第一表面位置相對之一第二表面；及形成在該第一表面內之一非週期性次波長光柵，其中對於入射在該第一表面上之光，該光之一第一部分係以一第一波前形狀及一第一輻照度輪廓反射，及該光之一第二部分係以一第二波前形狀及一第二輻照度輪廓透射。
如申請專利範圍第1項之光柵，其中該平面結構進一步包含一連續膜。
如申請專利範圍第1項之光柵，其中該平面結構進一步包含配置在一基材上之一光柵層，該光柵層具有比該基材更高的一折射率。
如申請專利範圍第1項之光柵，其中該非週期性光柵進一步包含一個一維非週期性光柵圖案。
如申請專利範圍第4項之光柵，其中該非週期性光柵圖案進一步包含由槽所分開的線。
如申請專利範圍第1項之光柵，其中該非週期性光柵進一步包含一個二維非週期性光柵圖案。
如申請專利範圍第1項之光柵，其中該二維光柵圖案進一步包含實質上垂直該平面結構延伸之柱。
如申請專利範圍第1項之光柵，其中該二維光柵圖案進一步包含實質上垂直該平面結構延伸之孔。
一種用以產生反射及透射光之系統，該系統包含：一光源；及根據申請專利範圍第1項所組配之一非週期性次波長光柵，及其係設置來接收來自該光源所發射之光及產生一反射束及一透射束。
如申請專利範圍第9項之系統，其中該光源進一步包含一實質上單色光源。
如申請專利範圍第9項之系統，其中該非週期性次波長光柵係經組配來使得該第一波前形狀係對應於將該反射束聚焦至一焦點。
如申請專利範圍第9項之系統，其中該非週期性次波長光柵係經組配來使得該第二波前形狀係對應於將該透射束聚焦至一焦點。
如申請專利範圍第9項之系統，其中該非週期性次波長光柵係經組配來使得該第一輻照度輪廓產生具有一艾里(Airy)輻照度輪廓之該反射束。
如申請專利範圍第9項之系統，其中該非週期性次波長光柵係經組配來使得該第二輻照度輪廓產生具有一艾里輻照度輪廓之該透射束。
如申請專利範圍第9項之系統，其中該反射束之輻照度及該透射束之輻照度等於由該光源所產生之入射光之輻照度。