【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括超表面的光学部件，该超表面具有取决于控制信号的可变光学性质。此外，本专利技术涉及包括这样的光学部件的lidar系统。本专利技术还涉及一种用于通过向光学部件的选定电极施加控制信号来修正光学部件的衍射角的方法。
技术介绍
1、众所周知，光束或电磁辐射的传播可以完全由该光束或电磁辐射在给定的二维表面上的相位和振幅轮廓来确定。为了操纵这样的波束，已经采用了许多光学设备或光学部件。通过在光束上引起特定的相位轮廓来操纵光束传播的典型光学设备是透镜、棱镜、反射镜或全息元件。在大多数情况下，操纵是通过光学设备的厚度变化来实现的。
2、传统光学仅通过折射和传播来操纵光。最近发现光学超表面适合于操纵光束，并且在选定的光学系统中替代传统的光学件。已经发现超表面不仅能够改变光的性质(例如相位和振幅)，而且能够改变光的偏振。
3、超表面是可以调制光束的局部性质的结构(主要是平面的)。通常，超表面是一种人造纳米结构界面，其通过亚波长维度的空间布置的超原子操纵光。这些超原子通常由等离子体或电介质纳米天线组成，它们可以直接改变光的性质，诸如相位、振幅和偏振。
4、光学超表面(om)是与光强烈相互作用的图案化层，通过从亚波长大小的纳米结构散射来改变亚波长厚度上的光性质。因此，光学超表面提供了一种全新的光操纵方法，包括光谱选择性、波前和偏振控制。此外，与传统光学件相比，包括光学超表面的光学系统可以薄得多。超表面提供了对光束相位轮廓的高分辨率控制。具体地，对于全息应用和波束整形，超表面是有利的。
6、从us2018/0321518 a1已知一种电可调的超表面。它包括镜面、导电层和电介质层。导电层和电介质层直接接触，从而限定导体-电介质界面。多个亚波长大小的天线元件被布置在电介质层上，并且被配置为在天线元件与镜面之间建立电势差。结合亚波长天线元件、导电层和电介质层中的每个的几何形状和材料成分，入射电磁波的传播特性可通过电可调超表面来调谐。
7、现有技术中已知的这样的光学超表面的缺点是它们的光学性质是固定的，或它们的光学可重构性受到很大限制。需要改进的光学可重构性，因为它允许控制光学超表面的某些性质和功能。
8、us2020/0371215 a1公开了一种可调超表面，其包括布置在衬底上方的圆柱形结构阵列。每个圆柱形结构包括填充有光电材料的孔，并且机械和电耦合到电极。通过改变施加的电压，从光源穿过圆柱形结构的光可以沿期望的路径被控制。包括这样的超表面的设备被认为适用于lidar设备。然而，由于圆柱形结构的高度，光在通过圆柱形结构时可以被控制的角度是有限的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种改进的光学部件和光学设备，其克服了上述缺点。需要将这样的光学部件集成在光学设备中，特别是lidar设备中。此外，应该提供一种用于以可变的和期望的方式修正到达这样的光学部件的光束的性质的方法。
2、该问题通过根据权利要求1的光学部件、根据权利要求10的lidar系统以及根据权利要求13的方法来解决。进一步的从属权利要求提供了优选实施例。
3、根据本专利技术的光学部件包括超表面。该超表面包括单位单元的重复图案，其中，每个单位单元包括至少两种不同的散射结构。第一散射结构至少部分地接触具有第一折射率的第一物质，而第二散射结构至少部分地接触不同于第一物质的第二物质。本专利技术的光学部件的一个重要特征是第二物质提供了根据电控制信号变化的折射率。此外，多个单位单元或接触第一物质的第一散射结构和接触第二物质的第二散射结构对以对准的方式布置在电极上。在下文中，在单个电极上以对准方式布置的多个单位单元也表示为阵列。支撑对准的第一散射结构和第二散射结构对的相邻阵列或电极彼此电分离。这样的光学部件提供了修正第一散射结构和第二散射结构对的第二物质的折射率的可能性。
4、如果提到第一散射结构和/或第二散射结构，这些结构应该被理解为至少部分地接触相应的第一物质或第二物质。因此，第一散射结构和第二散射结构对不仅包括第一散射结构和第二散射结构本身，而且包括将与相应的第一散射结构或第二散射结构接触的第一物质和第二物质。包括第一物质和第二物质的第一散射结构和第二散射结构对也被理解为单位单元。
5、由于第一物质和第二物质的折射率之间的可变差，这样的第一散射结构和第二散射结构对的光学性质可以以期望的方式被修正。优选地，至少从第一散射结构和第二散射结构对散射的光的强度和相位根据第一物质和第二物质的折射率差而变化。
6、优选地，第一散射结构和第二散射结构产生入射辐射的相位差。优选地，第一散射结构和第二散射结构相对于彼此定向和/或设计，使得由第一散射结构散射的光相对于由第二散射结构散射的光具有π的相位差。
7、优选地，每个电极支撑多个单位单元。在该实施例中，接触第一物质的第一散射结构和接触第二物质的第二散射结构对以对准的方式布置在公共电极上。因此，沿电极的延伸方向，第一对第一散射结构和第二散射结构与至少一个另外的第二对第一散射结构和第二散射结构相邻。优选地，沿电极的纵向延伸，至少一些第一散射结构和第二散射结构对被一对以上，优选正好两对第一散射结构和第二散射结构包围。
8、优选地，每对第一散射结构和第二散射结构与至少一个另外的第二对第一散射结构和第二散射结构相邻，第二对第一散射结构和第二散射结构以这样的方式布置，即第一对散射结构的第一散射结构相对于其纵向延伸与第二对散射结构的第一散射结构布置在电极的同一侧。因此，相邻对的第一物质和第二物质也相对于电极的纵向延伸布置在电极的同一侧。
9、电极的纵向延伸应该理解为这样一个方向，即该电极沿该方向延伸比沿另一方向延伸得更多。对于具有限定的长度、限定的宽度和(小的，或甚至可以忽略的)限定的高度的立方体电极，纵向延伸被理解为电极的这样一个方向，即该电极沿该方向延伸比沿其它方向延伸得更多。通常，这个方向被认为是“长度”方向。然而，电极的几何形状不限于立方体几何形状。
10、在优选实施例中，电极具有弯曲的形状。这是指电极的至少一段具有弯曲的形状。在优选实施例中，电极的至少一段具有圆形形状。在这样的实施例中，优选地，与单个电极相关联的所有第一散射结构相对于位于同一电极上的所有第二散射结构径向向内或向外定位。
11、优选地，在公共电极上的至少100对，优选至少250对，更优选至少500对，甚至更优选至少1000对，最优选至少5000对第一散射结构和第二散射结构形成阵列。因此，大量的单位单元可以一起转换以实现所需的光学性质。
12、在优选实施例中，支撑对准的第一散射结构和第二散射结构对的至少两个、优选所有电极电连接到控制器，该本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种包括超表面(2)的光学部件(1)，其中，所述超表面(2)包括单位单元的重复图案，其中，每个单位单元包括至少两个不同的散射结构(5a、5b)，其中，第一散射结构(5a)至少部分地接触具有第一折射率的第一物质(6a)，并且第二散射结构(5b)至少部分地接触不同于所述第一物质(6a)的第二物质(6b)，
2.根据权利要求1所述的光学部件(1)，
3.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
4.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
5.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
6.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
7.根据权利要求1所述的光学部件，
8.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
9.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
10.一种LIDAR系统(20)，包括根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)。
11.根据权利要求10所述的LIDAR系统(20)，
12.根据权利要求11所
13.一种用于修正光学部件(1)的偏转角(θ)的方法，其中，所述光学部件(1)包括超表面(2)，其中，所述超表面(2)包括单位单元的重复图案，其中，每个单位单元包括至少两个不同的散射结构(5a、5b)，其中，所述第一散射结构(5a)至少部分地接触具有第一折射率的第一物质(6a)，并且所述第二散射结构(5b)至少部分地接触不同于所述第一物质(6a)的第二物质(6b)，其中，所述第二物质(6b)提供根据电控制信号可变的折射率其中，多对接触所述第一物质(6a)的第一散射结构(5a)和接触所述第二物质(6b)的第二散射结构(5b)以对准的方式布置在电极(7)上，
14.根据权利要求13所述的方法，
15.根据权利要求13至14中任一项所述的方法，
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种包括超表面(2)的光学部件(1)，其中，所述超表面(2)包括单位单元的重复图案，其中，每个单位单元包括至少两个不同的散射结构(5a、5b)，其中，第一散射结构(5a)至少部分地接触具有第一折射率的第一物质(6a)，并且第二散射结构(5b)至少部分地接触不同于所述第一物质(6a)的第二物质(6b)，
2.根据权利要求1所述的光学部件(1)，
3.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
4.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
5.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
6.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
7.根据权利要求1所述的光学部件，
8.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
9.根据上述权利要求中的一项所述的光学部件(1)，
10.一种lidar系统(20)，包括根据上述权...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘娜，李建雄，罗宾·凯斯纳，
申请(专利权)人：马克斯普朗克科学促进学会，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。