本发明专利技术涉及可被配置为作为镜和其它光学装置工作的平面亚波长介质光栅。在一个方面，光栅层(102)具有平面几何形状且被配置有线条(206、207)。线条宽度、线条厚度以及线条周期间隔(208)被选择以控制从光栅反射的光束的不同部分的相变，使得相变共同产生从光栅反射的光束的期望波前形状。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术实施例涉及光学装置，具体地涉及亚波长光栅反射镜。
技术介绍
在20世纪90年代初人们就认识到介质光栅中的谐振效应对自由空间的光学滤波和检测具有应用前景。谐振效应通常发生在亚波长光栅中，其中一级衍射模不是对应于自由传播的光而是对应于在一些介质层中捕获的导波。所捕获的波在零衍射级中被重新散射，并与入射光相互作用，以产生透射和反射的显著调制。当使用高指数对比光栅时，导波被迅速散射且在横向传播的并不远。因此，谐振特性可为相当宽的频带并具有高的角度公差，这已经用于设计新型高反镜。近来，亚波长光栅镜已用于替代垂直腔面发射激光器中顶 部介质堆栈，并应用于新型微机电装置中。除了更加紧凑以及制造相对便宜外，亚波长光栅镜还提供偏振控制。虽然近几年在亚波长光栅方面已有ー些进展，但设计者、制造者以及光学装置的使用者仍在寻求可拓宽光栅应用的可能范围的光栅改迸。附图说明图I示出了根据本专利技术实施例配置的亚波长光栅的等轴测图。图2示出了根据本专利技术实施例的配置有一维光栅图案的亚波长光栅的光栅层的俯视图。图3示出了根据本专利技术实施例的来自两个分离的光栅子图案的线条显示反射光所获得的相位的截面图。图4示出了根据本专利技术实施例的来自两个分离的光栅子图案显示波前如何变化的线条的截面图。图5示出了由根据本专利技术实施例所配置的光栅图案产生的示例性相变等值线图的等轴测图。图6A示出了根据本专利技术实施例被配置为将入射光聚焦到焦点的亚波长光栅的侧视图。图6B示出了根据本专利技术实施例被配置并作为发散镜工作的亚波长光栅的侧视图。图7示出了根据本专利技术实施例所配置的亚波长光栅的反射率和相移相对于一入射光波长范围的图。图8示出了根据本专利技术实施例获得的作为周期和占空比的函数的相位变量的相位等值线图。图9示出了根据本专利技术实施例用于产生其中允许周期和占空比改变的光栅图案的控制流程图。图IOA示出了根据本专利技术实施例被配置为作为聚焦柱面镜工作的ー维亚波长光栅的俯视图。图IOB示出了根据本专利技术实施例沿图IOA中所示的线10B-10B截取的亚波长光栅的截面图。图11示出了根据本专利技术实施例确定的柱面镜的目标相变的示例性图。图12示出了根据本专利技术实施例的占空比的图。图13示出了根据本专利技术实施例的产生聚焦亚波长光栅柱面镜的光栅图案的方法的控制流程图。图14示出了根据本专利技术实施例被配置为作为聚焦球面镜工作的一维亚波长光栅的俯视图。 图15示出了根据本专利技术实施例的球面镜的目标相变的示例性图。图16示出了根据本专利技术实施例的产生聚焦亚波长光栅球面镜的球面镜光栅图案的方法的控制流程图。图17示出了根据本专利技术实施例所配置的计算装置的示意图。图18A示出了根据本专利技术实施例被配置为将垂直入射的光反射到特定方向的一维亚波长光栅的俯视图。图18B示出了根据本专利技术实施例工作的沿图18A中所示的线18B-18B截取的亚波长光栅的截面图。图19A示出了根据本专利技术实施例被配置为作为沿平行于X方向偏振的入射光的发散柱面镜工作的一维亚波长光栅的俯视图。图19B示出了根据本专利技术实施例沿图19A所示的线19B-19B截取的亚波长光栅的截面图。图20示出了根据本专利技术实施例所制作的平面亚波长光栅镜、柱面亚波长光栅镜以及球面亚波长光栅镜的光束分布和反射光束半径。具体实施例方式本专利技术实施例涉及可被配置为作为镜和其它光学装置工作的平面亚波长介质光栅(SWG)。SWG由两层构成。光栅层可布置在基板的表面上，其中光栅层由折射率相对高于基板的折射率的材料制成，或光栅层可简单地制作在悬浮膜中，而无需基板。根据本专利技术实施例配置的SWG具有包括相前控制的新功能。这可通过将具有光栅图案的光栅层配置为控制从SWG反射的光的相变而基本上不影响SWG的高反射率来实现。在特定实施例中，光栅层可被配置为使得SWG可作为任意类型的具有任意反射面的光学装置工作。具体地，SWG的光栅层可被配置为具有使SWG可作为柱面镜或球面镜工作的光栅图案。本专利技术实施例还包括利用常规的光刻和蚀刻技术图案化光栅层以产生被反射的光束在镜上的特定相变的方法和配置规则。在下面的描述中，术语“光”指代电磁辐射，其波长位于电磁频谱的可见光和不可见光部分内，包括电磁频谱的红外和紫外部分。I平面亚波长介质光栅图I示出了根据本专利技术实施例配置的SWG 100的等轴测图。SWG 100包括布置在基板104的ー个表面上的光栅层102，其中光栅层102由折射率相对高于基板104的折射率的材料形成。例如，光栅层102可由硅(Si)形成，基板104可由石英或ニ氧化硅(SiO2)形成，或者光栅层102可由神化镓(GaAs)形成，基板104可由铝镓砷(AlGaAs)或氧化铝(Al2O3)形成。如在图I的示例中所示，SWG 100具有平面几何形状，但光栅层102可被配置为具有特定光栅图案，该光栅图案使SWG 100可以与其它的光学装置(例如聚焦和发散柱面或球面镜)一样以相同的方式工作。在其它的实施例中，可通过在由Si、GaAs、磷化铟(InP)或另外的适合的材料组成的单膜中形成光栅层102而去掉基板。SffG 100的具体反射特性是由为光栅层102选择的光栅图案来确定。图2示出了根据本专利技术实施例的配置有一维光栅图案的SWG 200的光栅层的俯视图。该ー维光栅图案由多个ー维光栅子图案构成。在 图2的不例中，三个不例性光栅子图案201-203被放大。姆个光栅子图案包括布置在基板104的表面上的光栅层102材料的多个规则间隔开的线状部分，称之为“线条”。线条沿y方向延伸，且沿X方向周期性间隔开。图2还包括光栅子图案202的放大端视图204。阴影矩形206和207表示由折射率相对高于基板104的折射率的材料形成的线条。线条206和线条207被沿z方向延伸且使基板104的表面暴露的槽208分开。每个子图案的特征在于线条的特殊周期性间距和在X方向上的线条宽度。例如，子图案201包括以周期P1分开的宽度为W1的线条，子图案202包括以周期P2分开的宽度为W2的线条，子图案203包括以周期P3分开的宽度为W3的线条。光栅子图案201-203形成了可优先反射沿ー个方向，如X方向(假如周期P:、p2、和P3小于入射光的波长)偏振的入射光的亚波长光栅。例如，根据入射光的波长，线条宽度可从大约IOnm至大约300nm之间变化,周期可从大约20nm至大约Iym之间变化。从ー个区域反射的光获得由线条厚度t确定的相位和由"=7确定的占空比η，其中w为线条宽度，P为与该区域相关的线条的周期。需要注意的是，通过调节线条的周期、线条宽度以及线条厚度，SWG 200可配置为反射入射光的X偏振分量或I偏振分量。例如，特定的周期、线条宽度和线条厚度可适于反射X偏振分量而不适于反射I偏振分量；另一周期、线条宽度和线条厚度可适于反射I偏振分量而不适于反射X偏振分量。光栅子图案201-203中的每ー个也由于与每一个子图案相关的不同占空比和周期而不同地反射沿ー个方向(比方说X方向)偏振的入射光。图3示出了根据本专利技术实施例的来自两个分离的光栅子图案的线条显示反射光所获得的相位的截面图。例如，线条302和线条303可为第一子图案中的线条，线条304和线条305可为基板104上别处的第二子图案中的线条。线条302和线条303的厚度、大于线条304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】
【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·A·法塔勒，李晶晶，雷蒙德·G·博索雷，马科斯·菲奥伦蒂诺，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：
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