本發明專利技術實施例涉及由一個以上亞波長衍射光柵層構成的平面光學裝置。在一個實施例中，光學裝置包括第一近似平面的反射結構(104、1904)、第二近似平面的反射結構(106、1906)以及布置于所述第一反射結構和所述第二反射結構之間的近似平面的亞波長光柵層(102、1902)。所述光柵層被配置有線條(208-211、214-217)，線條寬度、線條厚度和線條周期間隔被選擇以控制透過所述光學裝置的光束的不同部分的相變。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】基于衍射光柵的光學裝置
本專利技術實施例涉及光學裝置，具體地涉及包括一個以上的被配置為作為光學元件工作的高對比度亞波長衍射光柵的光學裝置。
技術介紹
在許多
中，使聚焦光束的光束寬度或“光斑尺寸”最小化尤為重要。例如， 光斑尺寸對于將數據寫入光盤或從光盤讀取數據是重要的。光斑尺寸越小，則光盤的記錄密度越高。為了獲得小的光斑尺寸，通常使光束穿過具有高的數值孔徑(NA)的凸透鏡。可通過增大透鏡沿光軸方向的厚度以及縮短焦距來增大凸透鏡的NA。然而，由于制作非常小的大曲率透鏡的難度和由于為使透鏡不存在像差所需的精密拋光，因此將這種透鏡結合到基于光學的裝置中可能成本昂貴。另外，常規的凸透鏡和凹透鏡可能不適于平面集成電路。也可利用聚焦光柵耦合器產生聚焦光束。利用聚焦光柵耦合器，可使沿光波導傳播的光投射到波導之外的自由空間并聚焦。雖然可利用聚焦光柵耦合器將光從波導耦合到自由空間，但其不能被配置和操作為將光從自由空間耦合到自由空間。雖然近幾年在亞波長光學元件設計和制作上已有很大進展，但光學元件的設計者和制造者仍在尋求可拓寬光學元件設計和應用的可能范圍的改進。附圖說明圖1A-1B分別示出了根據本專利技術實施例所配置的光學裝置的等軸測圖和分解等軸測圖。圖2示出了根據本專利技術實施例所配置的光學裝置的亞波長光柵層的俯視圖。圖3示出了根據本專利技術實施例所操作的光學裝置的截面圖。圖4示出了根據本專利技術實施例所操作的光學裝置的截面圖。圖5示出了根據本專利技術實施例所產生的示例性相位等值線圖的等軸測圖。圖6A示出了根據本專利技術實施例被配置為產生發散光的光學裝置的截面圖。圖6B示出了根據本專利技術實施例被配置為將光聚焦到焦點上的光學裝置的截面圖。圖7示出了根據本專利技術實施例的光學裝置在一波長范圍內的透射率和相移的圖。圖8示出了根據本專利技術實施例的亞波長光柵層的作為占空比的函數的透射率和相移的圖。圖9示出了根據本專利技術實施例獲得的作為周期和占空比的函數的相移變量的等值線圖。圖10示出了根據本專利技術實施例被配置為作為凸透鏡工作的光學裝置的亞波長光柵層的俯視圖。圖IlA示出了根據本專利技術實施例所配置的光學裝置的目標相位的示例性圖。圖IlB示出了通過模擬根據本專利技術實施例所配置的光學裝置的操作所得到的入射光束和透射聚焦光束的高斯形光束分布。圖12示出了根據本專利技術實施例的產生亞波長光柵層的光柵圖案的方法的第一控制流程圖。圖13示出了根據本專利技術實施例被配置為作為凸透鏡工作的光學裝置的亞波長光柵層的一維光柵圖案的俯視圖。圖14示出了根據本專利技術實施例的產生亞波長光柵層的光柵圖案的方法的第二控制流程圖。圖15示出了根據本專利技術實施例的產生亞波長光柵層的光柵圖案的一般方法的第三控制流程圖。圖16示出了本專利技術實施例所配置的計算裝置的示意圖。圖17A示出了根據本專利技術實施例被配置為作為棱鏡工作的光學裝置的亞波長光柵層的一維光柵圖案的俯視圖。圖17B示出了根據本專利技術實施例的沿圖17A中所示的線17B-17B截取的嵌入光學裝置的亞波長光柵層的截面圖。圖18示出了根據本專利技術實施例被配置為作為凹透鏡工作的光學裝置的亞波長光柵層的一維光柵圖案的俯視圖。圖19示出了根據本專利技術實施例所配置的光學裝置的等軸測圖。圖20示出了根據本專利技術實施例所配置的光學裝置的在一入射光波長范圍內的透射率圖和相移圖。具體實施方式本專利技術實施例涉及由一個以上的亞波長衍射光柵層形成的平面(planar)光學裝置。一個以上的光柵層可被配置有亞波長光柵圖案，并被嵌入在反射結構之間以產生可控制透射光的相前的光學裝置。具體地，本專利技術實施例包括將光學裝置配置成作為常規光學元件如凸透鏡、凹透鏡或棱鏡工作。本專利技術實施例還包括用于利用常規光刻技術和蝕刻技術圖案化一個以上的光柵層以在透過該光學裝置的光中產生特定相變的方法和設計準則。在下面描述中，術語“光”指代波長位于電磁頻譜的可見和不可見部分，包括電磁頻譜的紅外和紫外部分內的電磁輻射。I.平面光學裝置圖1A-1B分別示出了根據本專利技術實施例所配置的光學裝置100的等軸測圖和分解等軸測圖。光學裝置100包括布置在兩個近似平行、近似平面的反射結構104和106之間的近似平面的亞波長光柵(SWG)層102。如圖1的示例中所示，近似平面的SWG層102被放置為近似平行于反射結構104和106，其中具有使SWG層102與反射結構104和106隔開的空間。SWG層102和反射結構104之間的空間形成第一諧振腔108，SffG層102和反射結構 106之間的空間形成第二諧振腔110，諧振腔是對于電磁輻射的適當波長而言的。反射結構 104和106可由介質材料、半導體、諸如金或銀的金屬或任意其它的適合于形成諧振腔108 和110的材料形成。在特定實施例中，腔108和腔110可充滿折射率比層102、104和106 的低的材料，例如適合的聚合物材料。在其它實施例中，腔108和腔110可充滿空氣，且反射結構104和106以及SGW層102由容器(未示出)的至少一個壁支撐。圖2示出了根據本專利技術實施例的配置有一維光柵圖案的SWG層102的俯視圖。 該一維光柵圖案由多個一維光柵子圖案構成。在圖2的示例中，三個示例性光柵子圖案 201-203被放大。每個光柵子圖案包括SWG層102材料的多個規則間隔開的線狀部分，稱之為“線條”。線條沿y方向延伸，且沿χ方向周期性間隔開。圖2還包括光柵子圖案202的兩個放大端視圖204和206。每個放大端視圖表示SWG層102的不同結構實施例。在端視圖 204表示的實施例中，SWG層102由布置在基板212的一表面上的線條(例如線條208-211) 形成，其中線條由折射率相對高于基板212的折射率的材料形成。例如，線條可由硅(Si) 形成，基板212可由石英或二氧化硅(SiO2)形成，或者線條可由砷化鎵(GaAs)形成，基板 212可由鋁鎵砷(AKiaAs)或氧化鋁(Al2O3)形成。在端視圖206所表示的其它實施例中， SWG層102可為具有線條(例如線條214-217)的單層膜，其中線條被形成于膜中的槽分開。 該單層膜可由任意的適合的材料形成，例如Si、GaAs或磷化銦αηΡ)。如圖2的示例所示，每個子圖案的特征在于線條的特定周期間距和在χ方向上的線條寬度。例如，子圖案201包括以周期P1分開的寬度為W1的線條，子圖案202包括以周期P2分開的寬度為W2的線條，子圖案203包括以周期P3分開的寬度為W3的線條。光柵子圖案201-203形成了可優先反射沿一個方向，如χ方向(假如周期Pl、P2、和P3小于入射光的波長)偏振的入射光的亞波長光柵。例如，根據入射光的波長，線條寬度可從大約IOnm至大約300nm之間變化，周期可從大約20nm至大約1 μ m之間變化。從一個區域反射的光w獲得由線條厚度t確定的相位Φ和由確定的占空比n，其中w為線條寬度，Ρ為與該區域相關的線條的周期。需要注意的是，通過調節線條的周期、線條寬度以及線條厚度，SWG層102可配置為反射入射光的X偏振分量或y偏振分量。例如，特定的周期、線條寬度和線條厚度可適于反射光的χ偏振分量而不適于反射y偏振分量；另一周期、線條寬度和線條厚度可適于反射 y偏振分量而不適于反射χ偏振分量。光柵子圖案201-203中的每一個也由于與本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李晶晶，戴維·A·法塔勒，雷蒙德·G·博索雷，馬科斯·菲奧倫蒂諾，
申請(專利權)人：惠普發展公司，有限責任合伙企業，
類型：發明
國別省市：
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