用于大角度波束控制和LIDAR应用的电控超表面的制作方法

本发明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，本发明涉及包括这样的光学部件的lidar系统。本发明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。

背景技术：

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。

5、已知的光学超表面的共同点在于，光的操纵是由纳米结构实现的，该纳米结构共振地捕获光并以限定的相位、偏振、形态和光谱重新发射光。这使得光波雕刻具有前所未有的精确度。由于这种附加的优势，光学超表面在过去十年中在复杂性和功能性方面取得了巨大的进步。

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、本发明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、根据本发明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。本发明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，该控制器适于并且旨在向这些电极中的每个电极施加单独的控制信号。这允许修正由每个电极单独支撑的散射结构的光学性质。因此，可以预定义的方式调整与所限定的电极相关联的超表面的每段的光学性质。通过向多个电极施加限定的控制信号，可以实现超表面作为一个整体的不同光学性质。

13、优选地，多个阵列(或电极，每个支撑多个单位单元)以预定的几何图案布置。优选地，该几何图案限定了超表面的光学性质。

14、优选至少100个，优选至少300个，更优选至少600个，最优选至少1000个，最优选至少5000个包括多个第一散射结构和第二散射结构的阵列布置在第一衬底上。优选地，这些阵列中的至少两个阵列的至少部分平行或同心取向。

15、优选地，超表面适于修正光的一级衍射角。在本发明的上下文中，一级衍射角也被称为超表面的“偏转角”。优选地，通过向选定的电极(或阵列)施加控制信号，超表面的一级衍射角可根据特定需要调整。优选地，控制信号适合于根据特定需要调谐阵列的光学性质。通过将指定电极的光输出调谐到“关”状态和“开”状态中的任何状态(在“关”状态下，当第二物质的折射率被电调谐为等于第一物质的折射率时，没有光由于相消干涉而被衍射，并且在“开”状态下，当第二物质的折射率被电调谐为与第一物质的折射率相差较大时，具有最大光输出)，可以将不同光学性质的期望的准连续空间图案施加到超表面。该图案充当具有电可调周期的振幅或相位调制的光栅。通过修正图案，可以动态地调整各个输出衍射级的衍射角，以获得各个级的期望衍射角，最优选一级。

16、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电极是成直线的，并且彼此平行布置。该实施例允许对准的第一散射结构和第二散射结构对形成成直线的结构，多个成直线的结构一起可以形成光栅。由于在第一物质的折射率保持(基本上)恒定的同时根据电控制信号修正第二物质的折射率的可能性，第一物质与第二物质之间的折射率差可以被修正。第一物质和第二物质的折射率之间的这种可变差允许修正每个阵列的光学性质，并且通过以协调的方式修正许多阵列的光学性质，可以修正整个光栅作为整体或整个超表面的光学性质。

17、在另一优选实施例中，至少支撑对准的第一散射结构和第二散射结构对的电极段是圆形的，并且相对于彼此同心布置。该实施例允许对准的第一散射结构和第二散射结构对形成圆形结构，多个圆形结构一起可以形成圆形光学元件，例如透镜或(菲涅耳)波带片(fzp)。通过根据这些圆形结构的径向延伸以限定的方式调整这些圆形结构对的光学性质，聚焦光学件是可能的。

18、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相邻电极通过间隙或绝缘材料彼此电隔离。优选地，间隙或隔离材料的宽度较小，以允许较小的光栅常数(或晶格常数)。优选地，宽度小于1μm，更优选小于500nm，更优选小于380nm，更优选小于200nm，更优选小于100nm，更优选小于50nm，特别优选小于25nm。然而，宽度优选足够宽，以确保相邻电极彼此电绝缘。因此，向每个电极施加单独的控制信号是可能的，优选不会与相邻电极发生电干扰。

19、在优选实施例中，施加到支撑对准的第一散射结构和第二散射结构对的限定数量的电极上的电控制信号是相同的。这允许位于不同电极上的对准的第一散射结构和第二散射结构对提供相同的光学性质(或光散射性质)。因此，光学性质的重复图案的形成是可能的。例如，每第二个或每第三个(或每第“n”个)阵列的对准的第一散射结构和第二散射结构对的光学性质可以通过向相应的电极施加相同的控制信号而被设置为相同。

20、优选地，被施加相同电控制信号的电极的数量和/或被施加相同电控制信号的相邻电极的数量和/或被施加相同电控制信号的两个电极之间的电极的数量与入射光在与第一散射结构和第二散射结构对的对准的方向正交的方向上的限定的衍射角相关。该实施例允许对超表面应用不同图案的(局部)光学性质。在图2的描述中详细解释了该实施例的进一步的优点。

21、如上所述，提供限定的光学性质的阵列图案可以导致超表面产生限定的光学性质。已经发现，图案是特别有利的，其中一些超表面阵列提供相同的光学性质。因此，优选地，对沿超表面的纵向方向或径向方向的每第“n”个阵列施加相同的控制信号。例如，相同的电控制信号被施加到每个阵列、每第二个阵列或每第三个阵列。此外，将相同的控制信号应用于相邻阵列的实施例是有利的。因此，这些相邻阵列形成具有相似光学性质的块，这些块不同于一个或多个相邻阵列的光学性质。优选地，在具有相似光学性质的阵列或阵列块之间，布置具有一种或多种不同光学性质的一个或多个阵列或块。

22、超表面的光学性质可以通过多种方式调谐。优选地，通过将相同的电控制信号施加到不同数量的电极和/或不同数量的相邻电极和/或其间具有不同数量的另外电极的电极，来调谐超表面的光学性质。

23、在第一示例中，通过将相同的电控制信号施加到不同数量的电极来调谐超表面的光学性质。例如，对每第二个电极施加控制信号，以将这些电极切换到“关”状态，其中，当第二物质的折射率被电调谐到等于第一物质的折射率时，没有光由于相消干涉而散射。对于剩余的电极，施加控制信号以将它们切换到具有最大光散射输出的“开”状态。因此，形成了光栅，其具有包括2个阵列的距离的周期。这种配置与大的空间频率相关，并且产生大的衍射角(单独的级)。通过将与“开”状态相关的相同的电控制信号施加到数量增加的相邻电极，形成“开”状态块，然后将相同数量的电极的“关”状态块切换到对应于“关”状态的相同控制信号，可以将超表面的光学性质调谐到更小的衍射角(单独的级)。各个块中的电极的数量越大，空间频率就越小，并且衍射角就越小。如果所有电极都切换到“开”状态，则所有衍射级的角度将为0。

24、在第二示例中，通过将相同的电控制信号施加到不同数量的相邻电极来调谐超表面的光学性质。例如，对多个第一对相邻电极施加相同的控制信号，以将这些电极置于“关”状态，而对这些第一对之间的每第二对相邻电极施加控制信号，以将这些对转到“开”状态。因此，处于“开”状态和“关”状态的电极的数量与每第二个电极转到“开”状态的布置相同。然而，周期增加到包括四个阵列的距离。在这种配置中，相对于具有仅包括两个阵列的距离的较小周期的配置，超表面的各个级的衍射角减小。在该实施例中，优选地，包括一个以上阵列的每个块的大小增加。

25、在第三示例中，通过将相同的电控制信号施加到其间具有不同数量的另外电极的电极来调谐超表面的光学性质。如关于第二示例所解释的，可以增加被施加相同控制信号的两个块或电极之间的块的大小。然而，有可能但不是必须的是，每个块的大小增加和/或只有单个块或阵列位于被施加相同控制信号的两个块或阵列之间。优选的是，在被施加相同控制信号的两个电极之间，多个不同的控制信号被施加到它们之间的阵列。例如，通过将用于“开”状态的控制信号施加到每第三个阵列，可以将其中每第二个阵列切换到“开”状态(周期为二)的超表面切换到不同的衍射性质。对于其间的阵列，可以施加不同的控制信号。例如，与“开”状态相关联的控制信号被施加到第一阵列和第四阵列，并且与“关”状态相关联的控制信号被施加到第三阵列。然后，可以向第二阵列施加另一不同的控制信号，其中，该控制信号与具有在零(“关”状态)与最大散射强度(“开”状态)之间的光输出的中间状态相关联。因此，在优选实施例中，以例如锯齿轮廓为特征的重复空间强度图案可以应用于超表面，其中，该图案的每个重复单元(或每个锯齿)提供逐步或连续减小或增加的强度。

26、如上所述，通过应用一系列不同的图案来调谐超表面的光学性质，可以连续调谐这样的超表面的光学性质。例如，这样的超表面相对于给定波长的光的(优选一级)衍射角可以改变。优选地，改变这样的超表面的衍射角可以在不相对于光源移动(例如平移或旋转)超表面的情况下实现。因此，可以实现非常小的光学部件(优选没有任何零件相对于彼此移动)，从而为给定波长或甚至混合波长的光提供多个不同的(一级)衍射角。

27、在优选实施例中，散射结构包括金属。已经发现金属特别合适，因为金属可以用作光散射的天线。为了避免金属氧化，贵金属是优选的。因此，金属优选选自包括钌、铑、钯、银、锇、铱、铂、铼、铜和金的组。优选地，散射结构主要由这些金属中的一种或多种组成。“由……组成”应该理解为至少工业级纯度的这些金属中的一种或多种是这些结构的仅有成分。杂质是可以接受的，但不会再添加其他物质。然而，通常希望散射结构的性质或多或少相同。这可以在优选实施例中实现，其中，散射结构包括至少95％，优选≥98％，更优选≥99％，最优选≥99.5％的这些金属中的一个。最优选地，散射结构包括至少95％，优选≥98％，更优选≥99％，最优选≥99.5％的金。已经发现金是有利的，因为它具有极强的抗氧化性，提供非常好的导电性，并且用于生产纳米级结构的技术(例如通过电子束光刻(ebl))是已知的。

28、有利地，散射结构被部署为光学天线。优选地，当电磁辐射与单独的散射结构相互作用时，它导致散射结构中存在的电荷载流子振荡。这种电荷载流子振荡及其相关联的电磁场被称为“表面等离子体激元”。撞击电磁辐射和表面等离子体激元的相互作用导致相位不连续。因此，透射通过光学部件或从光学部件反射或散射的电磁辐射经历相位跳变。

29、在优选实施例中，散射结构被部署为光学谐振器，优选光学天线，更优选以棒的形式，其优选在超表面的平面中定向，更优选在空间变化的取向中定向。“棒”应理解为圆柱形或立方体几何形状的物体，其提供沿其纵向方向的延伸，该延伸比沿垂直于纵向方向的宽度方向的任何延伸长至少1.2倍，优选≥1.5倍，更优选≥2倍。已经发现这些棒特别适用于光学谐振器或天线。优选地，光学谐振器或棒的纵向方向在超表面的平面中定向，更优选在空间变化的取向中定向。在这样的取向上，光学谐振器、天线或棒是最有效的。

30、优选地，阵列中第一散射结构和/或第二散射结构(本身)的几何形状和大小基本相同。“基本”相同应该理解为阵列中第一散射结构和/或第二散射结构的几何形状和大小相差≤5％，优选≤3％，更优选≤1％。最优选地，单位单元中第一散射结构和/或第二散射结构的几何形状和大小是相同的。这可以通过电子束光刻等技术来实现，电子束光刻能够在纳米级上操纵形状。第一散射结构和第二散射结构的几何形状和大小可以不同。然而，优选的是，所有第一散射结构提供基本相同的几何形状和大小，并且所有第二散射结构提供基本相同的几何形状和大小。最优选地，单位单元中所有(第一和第二)散射结构的几何形状和大小基本相同。

31、在优选实施例中，第一散射结构和/或第二散射结构提供圆柱形或平行六面体几何形状(“棒”)，优选直圆柱体或矩形立方体的几何形状。每个散射结构的纵向延伸优选在100nm至400nm的范围内，优选150nm至300nm，更优选175nm至225nm，最优选约200nm。这种纵向延伸为包括可见光的大范围波长提供了合适的光学效果。在垂直于纵向方向延伸的宽度方向上，已经发现10nm至200nm，优选20nm至150nm，更优选30nm至100nm，最优选50nm至80nm范围内的延伸是有利的。在(右)圆柱体的情况下，宽度方向是圆柱体的直径。对于不规则的圆柱体或长方体，沿相互垂直的两个宽度方向的延伸可以独立地从这些优选范围中选择。对于方形长方体，这两个宽度方向可以相同。这种措辞应该涵盖与上述理想几何形状(如倒角边缘或拐角)的小偏差。

32、由于第一散射结构和/或第二散射结构的大小可以容易地改变(优选在上面确定的范围内)而不影响光学部件的工作原理，所以可以通过调整第一散射结构和/或第二散射结构的大小来针对期望的波长带优化光学部件。因此，光学部件例如容易适用于与工作在不同波长(例如uv、vis、ir)的lidar系统集成。

33、优选地，散射结构的尺寸小于入射电磁辐射的波长以便采用光学部件对电磁辐射的亚波长分辨操纵。较小尺寸的散射结构提供了光学部件的更高分辨率。

34、对于大多数应用，散射结构之间的间距对分辨率有影响。为了提供高分辨率，与不同电极相关联的散射结构之间的间距优选小于入射电磁辐射的波长的一半，以便由光学部件操纵。优选地，与不同电极相关联的两对散射结构之间的间距优选小于750nm，优选小于500nm，更优选小于380nm，更优选小于250nm，最优选小于190nm。由于可见光的波长通常被认为是在380nm与约800nm之间的范围内，所以上述列表中的两对散射结构之间的较短间隔特别适合于操纵可见光，甚至是短波长的蓝光和紫光。然而，更大的间距对于操纵更长波长的电磁辐射(例如由微波激射器(通过辐射的受激发射实现的微波放大)或红外(ir)激光器(通过辐射的受激发射实现的光放大)发射)也是有利的。

35、在优选实施例中，第一物质包括电介质材料，优选电介质聚合物。更优选地，该聚合物是丙烯酸酯聚合物，最优选聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。聚甲基丙烯酸甲酯是优选的，因为其在可见波长光谱中的折射率(n1+ik1)为n1＝1.5和k1≈0。优选地，第一物质的折射率不会随着控制信号而显著改变。这意味着在施加控制信号之后，第一物质的折射率变化不超过10％，优选≤5％，更优选≤2％。优选地，第一物质的折射率在0-40℃的温度范围内不会显著改变。这意味着在该温度范围内，第一物质的折射率变化不会超过10％，优选≤5％，更优选≤2％。

36、优选地，第一物质至少部分地包围第一散射结构，更优选在不接触第一衬底的所有侧面接触第一散射结构。因此，优选地，第一散射结构在一侧被第一衬底包围，在所有其它侧被第一物质包围。

37、在优选实施例中，第二物质包括聚合物和/或液晶，其物理性质可以根据电控制信号在第一状态与第二状态之间改变。优选地，改变第二物质的物理性质导致第二物质的折射率改变。优选地，第二物质的折射率可在最小值与最大值之间连续修正。第二物质的折射率的连续带优选通过修正第一状态或第二状态下的聚合物和/或液晶的百分比来实现。

38、优选地，第二物质的可变折射率(n2+ik2)的实部n和/或虚部κ可通过控制信号变换为第一物质的相应值。如以下所描述，如果第二物质的可变换折射率能够被调谐到与第一物质的折射率相同的值(例如对于pmma，n1＝1.5、k2＝0)，这将是有利的。如果是这种情况，单位单元的光散射变得非常弱(“关”状态)。

39、优选地，第二物质选自包括聚合物、导电聚合物、电致变色聚合物、可在氧化态与还原态之间电化学转换的聚合物、包括共轭双键和/或共轭p-轨道的聚合物和包括多个芳环的聚合物的组，最优选地，第二物质选自包括取代或未取代的聚苯胺、聚-3,4-乙烯二氧噻吩(pedot)和聚吡咯的组。

40、优选地，第二物质包括液晶。优选地，液晶提供向列相。向列相优选是单轴向列相，但也可以是双轴向列相。单轴向列相是优选的，因为它们仅提供一个光轴，偏振光可以沿该光轴穿过样品而不改变其偏振态。这样的(单轴向列或双轴向列)相的折射率很大程度上取决于液晶的取向。因此，通过电场调整取向允许控制折射率。

41、优选地，电极对超表面的光学性质没有贡献。更优选地，阵列或超表面的光学动态功能仅由第一散射结构和第二散射结构以及相应的第一物质和第二物质来限定，其对外部电压表现出宽带可调光学响应。

42、优选地，可以调谐该超表面，以向宽范围的波长提供期望的(偏转和/或衍射)功能。因此，光学部件优选提供宽带功能。

43、优选地，电极由公共衬底支撑。该超表面优选位于该衬底与顶层之间，该顶层被布置成在与该超表面的延伸方向正交的方向上与该超表面隔开。在优选实施例中，顶层用作支撑第一散射结构和第二散射结构对的电极的对电极。如果第二物质是电活性聚合物，则根据所使用的聚合物，顶部电极与阵列之间的空间填充有合适的电解质。如果第二物质是液晶，则顶部电极与阵列之间的空间最好也填充有第二物质。在这样的情况下，顶部电极的内表面优选以合适的聚合物层为特征，该聚合物层以使得液晶平行于阵列的纵向方向对准的方式被摩擦。

44、在优选实施例中，第一衬底包括二氧化硅，优选石英。二氧化硅(特别是石英)的化学性质(特别是电化学性质)可以容易地适应特定的需要。在一个特别优选的实施例中，载体由石英组成，其被提供有导电涂层。如上所述，关于散射结构的材料，“由……组成”应该理解为容许杂质达到一定程度。该涂层优选是含金属的。通过从气相中解吸，许多金属可以容易地作为薄层施加在石英表面上。已经发现包括氧化铟锡或优选由氧化铟锡组成的涂层是特别合适的。

45、优选地，第一衬底包括石英层(sio2)。优选地，石英层的厚度为50nm至200nm，优选80nm至120nm，更优选约100nm。优选地，第一衬底包括另一层，该层优选是反射性的。石英层优选布置在(反射)层的(反射)表面上。因为石英层对于宽范围的波长(至少可见光)是透明的，所以光可以穿过石英层并且被反射层反射。反射层与纳米棒之间的(透明)间距可以提高整个超表面的散射效率。该间隔可以充当空腔谐振器。

46、第一衬底的另一(反射)层优选包括反射材料。金属、准金属和/或氧化物是优选的。金属或准金属(或氧化物的金属或准金属)优选选自包括硅(si)、金(au)、银(ag)、铬(cr)、铂(pt)、钯(pd)、铱(ir)、铑(rh)、钽(ta)和/或包括这些金属或准金属中的一种的合金的组。这些金属和/或准金属是优选的，因为它们可以高纯度获得和/或提供反射性质。此外，它们是不起反应的或化学惰性的。在另一优选实施例中，第一衬底的另一(反射)层包括云母。云母比大多数金属或非金属便宜，但也具有高反射性(对于可见光)。

47、优选地，另一反射层包括硅(si)，其中，石英层(sio2)布置在其一个表面上。石英层(sio2)可以沉积在硅层的顶部，或可以通过(自动)氧化生成。在特别优选的实施例中，反射硅层被厚度约为100nm的石英层覆盖。在与硅层相对的石英层的表面上，局部沉积氧化铟锡。氧化铟锡的厚度优选在10nm至50nm的范围内，优选在15nm至25nm的范围内。氧化铟锡是优选的，因为它是透明且导电的氧化物。因此，它提供导电性和光学透明性。局部施加的氧化铟锡优选用作超表面的(底部)电极。

48、本发明还涉及包括如以上所描述的光学部件的lidar系统。如以上所描述，有可能以这样一种方式调谐超表面的性质，即其(优选一级)衍射角以依赖于时间的方式改变。这个特征甚至可以在没有移动任何零件(例如镜子)的情况下实现。因此，包括如以上所描述的光学部件的lidar系统可以比先前已知的系统小得多。此外，可以不用移动零件，这增加了耐用性和可靠性。

49、优选地，这样的lidar系统包括脉冲光源和控制器，该控制器适于并且旨在将相同的控制信号施加到限定数量的电极。因此，超表面的光学性质可以根据具体需要设置。例如，由光源发射的光可以被超表面衍射一个限定的角度。优选地，向限定数量的电极施加相同的控制信号与脉冲光源同步。因此，在光源的每个脉冲之后，超表面的光学性质可以被修正。这允许例如每个光脉冲被超表面衍射一个限定的角度。优选地，脉冲光源是激光器。这是有利的，因为激光发射的光是相干的并且通常是单色的(或具有非常窄的光谱)。由于光栅的衍射角取决于光的波长，所以(单色)激光器允许大部分发射的光被超表面以相同的限定的角度衍射，具有合理的锐角分布。

50、在另一(不太)优选的实施例中，光源不是脉冲的。即使发射的光不是脉冲的，离开超表面的光也将是脉冲的，因为(非脉冲的)光衍射的角度取决于光学部件的当前性质。由于光学部件的性质基于施加到电极的控制信号而改变，所以不同组的控制信号每次施加到电极都会产生不同的衍射角。因此，连续发射的光被超表面以脉冲方式衍射，而控制器的定时和/或施加不同组控制信号的定时预定义了衍射光的脉冲。

51、在lidar系统的优选实施例中，在光源的每个脉冲之后，被施加相同控制信号的两个电极之间的电极的数量x增加。如上文关于光学部件本身所描述，被增加施加相同控制信号的两个电极(或阵列)之间的电极(或阵列)的数量x导致超表面的周期增加。超表面的周期增加与限定波长的光的偏转角减小相关。因此，光源发出的光在每个脉冲之后偏转不同的角度。因此，即使超表面和光源的位置相对于彼此不变，后续脉冲的光也会被超表面偏转不同的角度。

52、应该理解的是，如果在光源的每个脉冲之后，被施加相同控制信号的两个电极之间的电极的数量x减少，也可以实现上述优点。在这种情况下，会出现类似的效果。然而，偏转光的角度值的方向是相反的。因此，在另一优选实施例中，在光源的每个脉冲之后，被施加相同控制信号的两个电极之间的电极的数量x减少。

53、优选地，一旦x达到或超过预定阈值，x就被设置为等于1。因此，可以重复上述由光源发射的光的连续减小偏转的顺序。

54、优选地，光学设备和/或lidar系统被设置、适于和/或旨在执行下面描述的方法以及结合该方法单独或彼此组合描述的所有方法步骤或使用该方法的单独方法步骤。相反，该方法，并且尤其是在该上下文中描述的光学设备和/或lidar系统，可以单独地或彼此组合地配备有在光学设备和/或lidar系统的上下文中描述的所有特征。具体地，以上所描述的光学设备和/或lidar系统可以用于执行以下所描述的方法。

55、本发明还涉及一种用于修正光学部件的偏转角的方法。适用于该方法的光学部件包括超表面，其中，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，并且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。第二物质提供了根据电控制信号而变化的折射率。多个单位单元以对准的方式布置在电极上。公共电极上单位单元的这样的对准的布置也应该称为阵列。该方法的特征在于以下步骤：通过向这些电极施加控制信号来修正与所选电极相关联的第二物质的折射率。

56、优选地，通过增加施加相同控制信号的两个电极之间的电极的数量x，光学部件的偏转角从最大偏转角逐步修正到最小偏转角。

57、优选地，光学部件的偏转角与光源(优选激光器)的脉冲同步修正。