的对多色物质的设计。多 色物质所提供的额外的自由度使其适合用于在不同要求和限制的条件下的宽范围的应用 中。
[0062] 根据本发明的优选的实施方式，多色物质210由在诸如玻璃等的基底上的微或纳 米结构的波纹(corrugation)构成。如在Dominguez-Caballero(2010)中所说明的，根据基 于一组约束条件的非线性最优化算法来确定波纹的位置和高度，所述一组约束条件由选定 的几何结构和目标应用给出。例如，对于图2中所示的几何结构，将最优化问题分为两部分， 一部分包括中间CGH的最优化，而另一部分用于最优化多色物质。这两个最优化块可连接在 一起以改善整体系统效率。例如，图5示出了用于三个中间CGH的最优化相位图，该三个中间 CGH被设计成用于RGB系统，其中中间波长A = 650nm(红色）A = 530nm(绿色），且A = 480nm (蓝色）。该中间CGH也包括在基底上的微/纳米结构。根据以下方程式，该波纹的物理高度与 所得到的相位图有关：
(1)
[0064] 其中T(x，y)是波纹高度图，巾（x，y)是相位图，n2和m分别是基底和周围介质的折 射率。在本发明的优选实施方式中，CGH205(图2中所示）是1 OOwn X lOOwii的尺寸，其中具有 〇.5mi的相元间距，并且被设置成距LED源约1mm。这些LED源优选为15miX15mi尺寸，并且被 布置在一条线上且间隔开约200mi距离。
[0065] 图6中示出了最优化的多色物质的高度图。在所示的实施例中，中间CGH和多色物 质两者都具有相同的〇.5mi的相元间距，并且可采取在熔融石英基底上制造，其中考虑相应 的色散值。
[0066]图7示出了独立地用于各光谱通道(spectral channel)的模拟输出亮度分布，其 中在每个图中，不同的单个LED被"打开"。亮度分布是在距多色物质1mm远的输出平面上计 算的。如所示，各光谱通道被正确地校准并输出高效率的均匀亮度分布。该系统的平均衍射 效率是80.83 %。图8示出了相应的色彩混合输出（所有的LED被"打开"）。
[0067]根据本发明的可选实施例，多色物质210可有利地产生"纹理"照明，例如适用于诸 如娱乐照明的应用。图9示出了为基于图2的几何形状的RGB色彩混合系统进行多色物质最 优化之后的输出纹理亮度分布的示例。
[0068]用于显示器的隐私过滤器
[0069]现参考图10,根据本发明的另一个实施方式，多色物质210可被设计成减小显示器 150的视场(F0V)，从而增强隐私性。在常规的显示器151中，来自每个像素152的光以较大角 度155发散。这使得显示器可在较大角度被看见，且因此有碍于隐私性。根据本发明的实施 方式，多色物质215被设计成使得来自像素154的输出光160的角发散如所示地被减小。如果 多色物质215被设置成如所示那样足够地接近像素，则每种颜色可具有其本身的设计。因 此，多色物质可包括平铺的块(block)，每块为入射至其上的波长而设计。接着，每块成角度 的_(即，间隔开的_)被多路复用以用于宽范围的源。在这种情况下，通过光的传播而自然地 实现色彩混合。如果多色物质与像素之间的间隙更大，则可在设计中使用波长多路复用 (wavelength multiplexing)。
[0070] 用于显示器的特别有效的色彩过滤
[0071] 多色物质215还可有利地用于提高LCD显示器中的色彩滤光片（color filter)的 效率。在图ll(a)-ll(c)中示出了该应用。在常规的LCD显示器中，通过吸收色彩滤光片而实 现原色，如图11(a)中所示。白光在通过LCD像素之后，被常规的色彩滤光片吸收以形成原 色，红、绿和蓝(RGB)。由于其通过吸收而实现，其效率低于33%。多色物质215用于简单地从 白光分离出该RGB色彩，且将该分离的色彩入射至独立的LCD像素（或像素扇区）上，如图11 (b)和11(c)所示。该效率可高达80-90%，仅受多色物质的设计的限制。在多色物质之前将 散射屏(diffuser)移除以减小接收角。在这种情况下，该散射屏可被设置在多色物质之后 (在图中未示出）。
[0072] 用于高分辨率的5-D成像的荧光信号的分离
[0073]当前，已经开发了几种技术来在荧光显微法中使用可转换的荧光体来实现3-D中 的深的子-衍射-有限分辨率（sub-diffraction-1 imited resolution)。例如，在以下出版 物中说明了该技术：
[0074] Hel 1，等，"Breaking the diffraction resolution limit by stimulated emission:stimulated-emission-depletion fluorescence microscopy"，Opt?Lett?， vol.19,pp.780-82(1994)；
[0075] Huang,等，"Three-Dimensional Super-Resolution Imaging by Stochastic Optical Reconstruction Microscopy"，Science，vol?319，pp?810-13(2008);
[0076] [4]H.Shroff，等，"Live-cell photoactivated localization microscopy of nanoscale adhesion dynamics"，Nature Methods，vo.5，pp.417-23(2008);和
[0077] [ 5 ] He s s，等，"U1 tra-Hi gh Resolution Imaging by Fluorescence Photoactivation Localization Microscopy",Biophys.J.,vol.91,pp.4258-72(2006),
[0078] 在此结合其所有公开内容作为参考。
[0079] 为了功能特异性，多种所述技术还使用发出不同波长的荧光体。在这种情况下，信 号在成像的时候通过干涉滤光片。这通过时间或通过经由双色向滤光镜（dichroic filter)将不同颜色转向至分离的探测器上来将发射信号分离而实现。根据本发明的实施 例，多色物质可为色彩分离提供更简单的方法。这允许可同时检测到不同的发射信号，从而 得到高的时间分辨率(或快速成像）。这还允许使用相同的CCD相机，只要将不同分像素分配 给不同颜色。在很多的应用中这是明显可行的。该多色物质被设置在干涉滤光片的位置中。 其按照波长将信号分离，且将每个信号-波长分配给CCD相机上的分离的像素块，如图12所 示。因此，这允许在所有3个空间维度中以及色彩(用于特异性)和时间（用于快速处理)这两 个另外维度中实现高分辨率成像。
[0080] 用于光互连和光通信的复用器(multiplexer)和解复用器
[0081] 现参考图13,多色物质130可用作用于光互连，如板内芯片至芯片模块的复用器和 解复用器。可在Mill的，"Rationale and Challenges for Optical Interconnects to Electronic Chips" ,Proc. IEEE, vol ? 8 ,pp? 728-49(2006)中找到该互连所面临的挑战的说 明。在该复用步骤中，多色物质130被设计成将不同的离散并行输入通道结合并将其重定向 至单个物理通道，例如光纤135,以实现有效的输入处理。在解复用步骤，出自物理通道的组 合宽带信号被在光谱上分离，且每个光谱带被重新定向至其相应的光探测器，以实现有效 的输出处理。多色物质138允许以高的转换效率来并行地处理多条通道，以用于超高速度的 数据传输应用。可将类似的设计有利地用于光通信中的复用器和解复用器。
[0082] 光学分光计
[0083]现参考图14(a)和图14(b)，在本发