准直超透镜和融合准直超透镜的技术制造技术

公开了超透镜和包含其的技术。在一些实施例中，所述超透镜为包括第一区域和第二区域的混合多区域准直超透镜的形式，其中所述混合多区域准直超透镜被配置为准直入射在其上的（例如可见）光。在一些实例中，第一区域包括包含以亚波长间隔开的纳米结构的第一单位晶胞的阵列，使得所述第一区域用作亚波长高对比度光栅（SWHCG），而第二区域包括第二单位晶胞的阵列，其中第二单位晶胞的阵列包括纳米结构的近周期环形布置，使得第二区域近似于局部周期性径向衍射光栅的功能。还公开了包括这种超透镜的照明设备。

The technique of collimating super lens and collimating collimating hyperlens

The technology of the hyperlens and its inclusion is disclosed. In some embodiments, the hyperlensing is the form of a mixed multi region collimating super lens including the first region and the second region, in which the mixed multi region collimation hyperlens is configured to be quasi direct into it (for example visible) light. In some instances, the first region includes an array of first unit cells containing the nanoscale structure separated by sub wavelengths, making the first region used as a subwavelength high contrast grating (SWHCG), and the second region including an array of second unit cells, of which the array of second unit cells includes the near cycle of the nanostructure. The annular layout makes the second region approximate to the function of the locally periodic radial diffraction grating. An illumination device comprising such a super lens is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】准直超透镜和融合准直超透镜的技术相关申请的交叉引用本申请要求2015年9月23日提交的美国临时申请序列号62/222,553和2015年12月10日提交的美国临时申请序列号62/265,799的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开总体上涉及光学部件和包括光学部件的技术。具体而言，本公开涉及准直超透镜和包括准直超透镜的技术，诸如但不限于照明设备。
技术介绍
将激光激活远程磷光体（LARP）技术使用在各种照明应用（诸如汽车，投影和其它照明应用）中的兴趣越来越大。这种兴趣的一个原因是LARP技术具有能够以相对较高的功率水平生产能够产生比使用发光二极管（LED）的设备明显更高的亮度的照明设备的潜能。图1描述了LARP系统的一个例子。如图所示，LARP系统100包括激光形式的第一光源101。第一光源101朝向二向色分束器105发射激光光线103。二向色分束器105将光线103反射到准直光学器件107。反射的光线103通过准直光学器件107并由准直光学器件107聚焦到存在于衬底111上的波长转换器109上。波长转换器109包括波长转换材料，其用于将入射在其上的光线103的至少一部分转换（例如，经由光致发光）为具有不同于光线103的波长的光，在这种情况下为光线115。由于可以通过将光线103转换为光线115来产生显著的热量，所以散热器113可以耦合到衬底111以便于促进过量热量的消散或去除。通过波长转换器109产生的光线115的至少一部分由准直光学器件107收集并通过二向色分束器105被重定向回来，在那里光线115的至少一部分入射在聚焦透镜121上。聚焦透镜121将光线115聚焦在LARP系统100的其它部件123上，例如光纤/投影光学器件。LARP系统100还可以包括可选的第二光源117（例如，激光或非激光源），如图所示。当包括第二光源117时，第二光源117可被用于发射光线119，所述光线119朝向聚焦透镜121地反射离开二向色分束器的105。光线119和光线115的所得到的混合可导致在二向色分束器105的区域后场中光的色温或其它性质发生相应变化。使用这样的配置，几十瓦特的激光（即，光线103）可以被泵入波长转换器109的小（例如平方毫米（mm2））面积，导致产生次级光（即，光线115）的宽或窄频带发射，其具有相对低的集光率和相对高的光输出（例如，从几百到高于10000流明）。LARP系统（诸如在图1中示出的系统）可能因此被认为对许多投影应用（诸如数字微镜（DMD）调制器，光纤光源以及高度准直射束的生成）具有吸引力。虽然LARP系统已经显示出一些前途，但存在的挑战限制了其在各种照明应用中的实际实现。这样的一个挑战是，在许多LARP系统中使用的波长转换器通常产生具有半球形（大约是朗伯型）图案的次级光。对于要高效的系统来说，在该系统中的准直光学器件需要能够捕捉到由波长转换器产生的半球形发光的一大部分。用常规的准直光学器件捕获足够量的这种光可能是困难的，并且因此特殊的非成像型光学器件（例如，如图1所示的锥形全内反射光学器件）或非常低的F/数非球面透镜（通常多于一个）通常用作LARP系统中的准直光学器件。那些专用光学器件通常昂贵，沉重，并且可能占用相当大的空间。可能还需要将它们放置得非常靠近波长转换材料的表面（例如，小于100-200微米（μm）），这可能使对准变得困难。在LARP系统的情境之外的光学应用中使用的准直光学器件也存在类似的挑战。例如在一些LED投影系统中，使用一个或多个非激光高亮度LED将光发射到半球中，之后所发射的光被一个或多个准直光学器件准直。准直由LED发射的光的一种方法是将LED管芯封装在透镜中。尽管封装可以提高LED的光提取效率，但是可能不期望地将LED的集光率增加到n2倍，其中n是透镜介质的折射率。因此，在期望维护集光率的情况下，诸如在光投影系统中，可能需要替代方法。一种这样的替代方法是使用与图1的LARP系统中使用的类似的准直光学器件（无论是单独使用还是与封装透镜结合使用，如果可以容忍集光率增加的话）来校准由LED发射的光。这个概念在图2中示出，其描绘了准直系统200的一个示例，其中在空间上扩展的光源201（例如LED）发射向准直光学器件205光线203，其中光源201与该准直光学器件205的光轴207对准。然而，在这样的实例中，呈现与LARP系统中使用的准直光学器件相关的相同挑战（即尺寸，重量，对准，成本等）。因此仍保持对开发适用于各种应用（诸如LARP，高亮度的LED，点源准直，基于激光的显微镜和其中期望高的数值孔径准直的其它应用）的替代光学器件的兴趣。如将在下面详细讨论的，本公开总体涉及适用于那些和其它应用的这种替代光学器件（并且具体而言是超透镜）。附图说明图1描绘了现有技术的激光辅助远程荧光体（LARP）系统的一个示例。图2描绘了现有技术的发光二极管（LED）准直系统的一个示例。图3A描绘了与本公开一致的超透镜的一个示例的一般化横截面结构。图3B是将具有超透镜的第一波前前场的光转换为具有超透镜的第二波前后场的光的一般化图示。图4描绘了包括与本公开一致的准直超透镜的LARP系统的一个示例。图5描绘了包括与本公开一致的准直超透镜的LED准直系统的一个示例。图6是超表面的相位延迟（Δϕ）对比距与本公开一致的超透镜的目标双曲面相移的一个示例的光轴的径向距离（r）的绘图。图7是与本公开一致的多区域超透镜的一个示例的结构的俯视图。图8是与本公开一致的超透镜的另一示例的一部分的俯视图。图9A和图9B是与本公开一致的单位晶胞的一个示例的透视图和俯视图。图10是通过与本公开的实施例一致的纳米柱的六边形Bravais晶格被赋予到入射可见光平面波的计算的相移和透射的绘图。图11是与本公开一致的多区域超透镜的一个示例的俯视图。图12是一维（1D）超透镜的一个示例的相位对比径向位置的模拟绘图，该一维（1D）超透镜的结构与图7的结构一致。图13描绘了通过模拟来获得的结果，所述模拟被执行来确定具有图12设计的1D超透镜在一维中准直来自点源的光的能力。图14描绘了与本公开一致的单位晶胞的另一个例子的透视图和俯视图。图15A-15C描绘了与本公开的实施例一致的替代单位晶胞配置。图16描绘了与本公开一致的六角Bravais单位晶胞的分布的一个示例。图17描绘了具有与本公开一致的多区域设计的超透镜的一个示例。图18（a）-（d）描绘了与本公开一致的超透镜设计的一个示例的计算出的准直性能。图19（a）-（d）描绘了与本公开一致的超透镜设计的一个示例的计算出的离轴准直性能。图20（a）-（d）示出了对于正常入射的450nm平面波，与本公开一致的示例性超透镜设计的计算出的性能。图20（e）-（h）示出了对于从焦点发出的580nm光，与本公开一致的示例性超透镜设计的计算出的性能。图21（a）和21（b）描绘了使用与本公开一致的超透镜来准直离轴光源。具体实施方式如
技术介绍
中指出的那样，专用准直光学器件可以用于各种光学应用中，诸如LARP，LED准直等，以准直以分布式（例如半球形）图案从光源发射的光。为了提高效率，其中使用的准直光学器件需要捕获由所述光源产生的光的很大一部分。虽然这可以通过使用特殊的非成像型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光辅助远程磷光体系统（400），包括：光源（402）;波长转换器（409）;和准直超透镜（401），其包括第一侧和第二侧;其中：所述光源（402）被配置为发射初级光线（403），所述初级光线的至少一部分入射在所述波长转换器（409）上;所述波长转换器（409）被配置为将入射在其上的初级光线（403）的至少一部分转换成次级光线（415）;所述准直超透镜（401）定位在所述波长转换器（409）附近，使得所述次级光线（415）的至少一部分入射到所述准直超透镜（401）的第一侧上；和所述准直超透镜（401）被配置为准直所述次级光线（415），从而在所述准直超透镜（401）的区域后场（“DFR”）中产生相对于所述波长转换器（409）准直的次级光线（415）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.23 US 62/222553;2015.12.10 US 62/2657991.一种激光辅助远程磷光体系统（400），包括：光源（402）;波长转换器（409）;和准直超透镜（401），其包括第一侧和第二侧;其中：所述光源（402）被配置为发射初级光线（403），所述初级光线的至少一部分入射在所述波长转换器（409）上;所述波长转换器（409）被配置为将入射在其上的初级光线（403）的至少一部分转换成次级光线（415）;所述准直超透镜（401）定位在所述波长转换器（409）附近，使得所述次级光线（415）的至少一部分入射到所述准直超透镜（401）的第一侧上；和所述准直超透镜（401）被配置为准直所述次级光线（415），从而在所述准直超透镜（401）的区域后场（“DFR”）中产生相对于所述波长转换器（409）准直的次级光线（415）。2.根据权利要求1所述的激光辅助远程磷光体系统（400），还包括二向色分束器（405），其中：所述光源（402）被配置为朝着所述二向色分束器（405）发射所述初级光线（403）;所述二向色分束器（405）被配置为反射所述初级光线（403）的至少一部分，使得它们入射在所述准直超透镜（401）的第二侧上；和所述准直超透镜（401）被配置为通过所述初级光线（403）或将所述初级光线（403）聚焦在所述波长转换器（409）上。3.根据权利要求1所述的激光辅助远程磷光体系统（400），其中：所述波长转换器（409）发射所述次级光线（415），使得所述次级光线（415）的第一波前入射在所述准直超透镜（401）的所述第一侧上;所述准直超透镜（401）包括超表面（305），该超表面包括纳米结构（313）的阵列，该超表面（305）被配置为向入射到其上的次级光线（415）赋予相位变化，使得所述次级光线（415）在所述准直超透镜（401）的下游区域（DFR）中具有第二波前；和所述第二波前与所述第一波前不同。4.根据权利要求3所述的激光辅助远程磷光体系统（400），其中，所述第一波前是球形波前，并且所述第二波前是平面波。5.根据权利要求1所述的激光辅助远程磷光体系统（400），其中：所述准直超透镜（401）包括超表面（305），该超表面配置成向入射到其上的所述次级光线（415）赋予相位变化，所述超表面包括纳米结构（313）的阵列;和由所述超表面赋予的相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：S伯恩斯，F埃塔，F卡帕索，A勒内夫，
申请(专利权)人：奥斯兰姆施尔凡尼亚公司，哈佛大学校长及研究员协会，
类型：发明
国别省市：美国,US