用于近场聚焦和波束形成的装置制造方法及图纸

公开了一种光学透明装置(100)，其包括具有折射率n2的介电材料的主体部分(10)，所述装置被配置用于当所述装置被嵌入到具有比所述折射率n2低的折射率n1的介电材料中时，根据偶然照射所述装置的电磁波在所述装置的近区中形成场强分布。所述装置(100)进一步包括具有比所述折射率n2高的折射率n3的介电材料的至少一个插入件(11)，所述至少一个插入件被至少部分地插入所述主体部分中，所述折射率n1不同于所述折射率n3，并且其中公式(I)，W2是所述插入件的半宽并且公式(II)，并且公式(III)，W1是所述主体部分的半宽并且公式(IV)，λ是在所述具有折射率n1的所述介电材料中传播的所述电磁波的波长。磁波的波长。磁波的波长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于近场聚焦和波束形成的装置
1.

[0001]本公开总体上涉及用于聚焦电磁波(其中包括可见光)的装置，并且更具体地，涉及用于近场聚焦和波束形成的装置。本专利技术提供了一种借助于纯电介质微结构产生密集的光学纳米射流束的新方法。
2.
技术介绍

[0002]电磁波聚焦是一种已建立的方式，用于局部地增加场强的大小，并且以这种方式增强一系列装置的效率。常见的例子是电光传感器(图像传感器)，其工作原理依赖于将以电磁波形式在空间中传播的能量转换成输出电压或电流。图像传感器目前处于从智能电话和平板装置到专业光场相机的几乎每个便携式电子装置的核心。光学存储器存储头、光笔和光学尖端可以是受益于局部控制和增强的场强的装置的其他示例。在不同波长范围的各种其它应用中使用相同的局部场增强现象。光学聚焦和光束形成对于被称为增强现实(AR)和虚拟现实(VR)眼镜的新兴技术是非常令人感兴趣的。这里，各种类型的折射和衍射透镜以及光束形成部件被用于将来自微显示器或投影仪的光引导到人眼，形成与用裸眼看到的(在AR眼镜的情况下)或由相机捕获的(在VR眼镜的情况下)物理世界的图像叠加的虚拟图像。
[0003]随着纳米技术的出现，对探索纳米级光学世界的日益增加的兴趣已经提出了在亚波长尺度上操纵可见光的需求。为了该目的，研究人员已经做出了巨大的努力，将光学透镜的尺寸减小到微米和亚微米的尺度；然而，由于衍射极限，当透镜的尺寸接近光的波长时，他们的努力受到阻碍。
[0004]由于平面透镜厚度小和优异的聚焦能力，其已经被开发以代替其介电对应物作为准几何纳米光子组件。迄今为止，已经研究了几种类型的平面透镜，例如波带片、纳米狭缝和纳米孔阵列、光子晶体和超颖表面。尽管在上述技术中使用了不同的术语，但是它们共享相同的聚焦原理，即通过弯曲入射平面波的相前而在焦点处产生相长干涉。这种平面透镜的性能已经通过复杂的设计而优化。基于以上所述，可以得出结论：
[0005]‑
存在对非复杂组件的特定需求(具有与已建立的微米和纳米制造技术兼容的较小制造难度的简单拓扑结构)，其能够实现更好的性能特性(例如，聚焦功能)；
[0006]‑
存在对具有管理微透镜焦斑的位置的附加可能性的元件的特定需求。
[0007]因此，需要一种新的装置，其能够实现所寻求的光聚焦和焦点移动功能，与平面微米和纳米制造技术兼容。
3.
技术实现思路

[0008]根据本公开的一方面，公开了一种光学透明装置。这种装置包括具有折射率n2的介电材料的主体部分，并且所述主体部分被配置为当该装置被嵌入在具有低于所述折射率n2的折射率n1的介电材料中时，根据偶然照射所述装置的电磁波在所述装置的近区中形成场强分布。所述装置进一步包括具有高于所述折射率n2的折射率n3的介电材料的至少一个
插入件，所述至少一个插入件至少部分地插入所述主体部分中，所述折射率n1不同于所述折射率n3。
[0009]所述装置被配置成使得W2是所述插入件的半宽并且并且W1是所述主体部分的半宽并且λ是在所述具有折射率n1的所述介电材料中传播时所述电磁波的波长。
[0010]在本公开中，提出了一种用于产生纳米射流(NJ)束的新型光学透明装置，例如微透镜。这种新型微透镜包括具有折射率为n2的介电材料的主体部分和具有折射率为n3的至少一个介电插入件，所述折射率为n3不同于微透镜的主体部分的折射率。因此，获得非均质微结构。
[0011]该装置被配置成在该装置的近场中形成用于可见光波长并且更一般地用于任何光波长的纳米射流束。
[0012]有利地，根据本专利技术，以这样的方式组合两种不同的介电材料，即，使得源自非均质微结构的微透镜的不同边缘(微透镜的主体部分的边缘和插入件的边缘)的所有纳米射流束重新组合，并有助于形成单个高强度纳米射流束。
[0013]与仅具有折射率为n2的主体部分嵌入折射率为n1的介电材料中的单一材料元件相比，这种非均质微结构允许形成增大的场强分布。
[0014]上述非均质微结构可用于设计一种具有提高效率的新型近场聚焦装置。由这种非均质微结构形成的纳米射流束的特性由微透镜的主体部分和插入件的参数(透镜的主体部分和插入件、与具有折射率n1的介电材料之间的折射率比、透镜的主体部分的尺寸/形状和插入件的位置)控制。这种非均质的微结构允许增强焦斑中的场强并控制焦斑位置。
[0015]所述装置的尺寸可以达到几个波长。这种非均质微结构的附加优点在于，近场聚焦装置的响应取决于电磁波偶然照射到的装置的一侧。因此，可以获得近场聚焦装置的非对称/各向异性性能特性。
[0016]根据本公开的一实施例，当所述电磁波从所述装置的底表面入射，且所述至少一插入件的顶部边缘位于所述主体的顶部边缘上方或与所述主体的顶部边缘重合时，所述至少一插入件的半宽W2由下式给出：由下式给出：其中，H2对应于所述至少一个插入件的高度，H1对应于所述主体部分的高度，W1对应于所述主体部分的半宽，θ
B2
由下式给出：以及θ
B1
由下式给出：
[0017]根据本公开的另一实施例，当所述电磁波从所述装置的顶表面入射，并且所述至少一个插入件的顶部边缘在所述主体部分的顶部边缘上方或与所述主体部分的顶部边缘重合时，所述至少一个插入件的半宽W2由下式给出：其中W1对应于所述主体部分的半宽，θ
B2
由下式给出：以及θ
B1
由下式给出：
[0018]根据上述实施例，微透镜的主体部分和插入件的焦距被调节，使得F
L
＝F
inc
，其中F
L
和F
inc
分别对应于主体部分的焦距和插入件的焦距。系统的响应取决于电磁波入射到装置上的一侧。使用上述给定公式设计插入件，可以实现纳米射流热斑中的最大强度。
[0019]根据本专利技术的另一实施例，所述主体部分的形状和所述至少一个插入件的形状属于包括以下各项的列表：长方体、圆柱体、圆锥体、棱柱体。
[0020]根据本专利技术的另一实施例，所述主体部分和所述至少一个插入件可以具有垂直边缘或非垂直边缘，例如在这种情况下，主体部分和插入件具有棱柱形状。所谓垂直边缘，在这里是指平行于xyz平面的z轴的边缘。这涵盖了在平面xy中具有与xy平面形成90
°
底角的边缘的形状。非垂直边缘在此意味着主体部分和插入件的形状具有与xy平面成不同于90
°
的底角。
[0021]根据本专利技术的另一实施例，所述至少一个插入件的顶部边缘与所述主体部分的顶部边缘重合，并且所述至少一个插入件的高度等于所述主体部分的高度。在这种情况下，装置的响应不依赖于平面波入射的一侧，即装置具有各向同性的性质。该实施例对应于插入件完全插入主体部分中并且主体部分和插入件的顶部边缘和底部边缘分别对应的情况。
[0022]根据本专利技术的另一实施例，所述至少一个插入件的顶部边缘在所述主体部分的顶部边缘上方，并且所述至少一个插入件的底部边缘在所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学透明装置(100)，包括具有折射率n2的介电材料的主体部分(10)，所述装置被配置用于当所述装置被嵌入到具有比所述折射率n2低的折射率n1的介电材料中时，根据偶然照射所述装置的电磁波在所述装置的近场区中形成场强分布，其中所述装置包括：
‑
具有比所述折射率n2高的折射率n3的介电材料的至少一个插入件(11)，所述至少一个插入件被至少部分地插入所述主体部分中，所述折射率n1不同于所述折射率n3，并且其中W2是所述插入件的半宽并且并且W1是所述主体部分的半宽并且λ是在所述具有折射率n1的介电材料中传播的所述电磁波的波长。2.根据权利要求1所述的光学透明装置，其中，当所述电磁波从所述装置的底表面入射并且所述至少一个插入件的顶部边缘在所述主体部分的顶部边缘上方或与所述主体部分的顶部边缘重合时，所述至少一个插入件的所述半宽W2由下式给出：其中，H2对应于所述至少一个插入件的高度，H1对应于所述主体部分的高度，θ
B2
由下式给出：并且θ
B1
由下式给出：3.根据权利要求1所述的光学透明装置，其中，当所述电磁波从所述装置的顶表面入射并且所述至少一个插入件的顶部边缘在所述主体部分的顶部边缘上方或与所述主体部分的顶部边缘重合时，所述至少一个插入件的所述半宽W2由下式给出：其中θ
B2
由下式给出：并且θ
B1
由下式给出：4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的光学透明装置，其中所述主体部分的形状和所述至少一个插入件的形状属于包括以下各项的列表：长方体、...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿提姆，
申请(专利权)人：交互数字CE专利控股公司，
类型：发明
国别省市：