光学超构表面器件及其设计方法和制造方法与流程

本公开涉及光学，特别是涉及一种光学超构表面器件及其设计方法和制造方法。

背景技术：

1、光学超构表面是一种人工设计的实现超常特性的一类新型材料，具有天然材料中所没有的光学特性。超构表面可以通过不同方式塑造光的波前、偏振、透射性能和非线性响应，在光的调控能力方面展现了独特能力，为微型化、高性能的微纳米光学器件设计提供了全新的平台。

2、实现光的特定操控(例如，单向透射、单向反射)的光学器件在多种技术领域具备广泛的用途。在相关技术中，这样的光学器件设计复杂，且尺寸较大不利于集成。

技术实现思路

1、提供一种缓解、减轻或者甚至消除上述问题中的一个或多个的机制将是有利的。

2、根据本公开的一方面，提供了一种光学超构表面器件的设计方法，光学超构表面器件包括衬底和衬底上的周期性排列的多个超构结构单元，方法包括：获取表示多个超构结构单元中的相应超构结构单元的单元图案，其中，单元图案包括具有多个像素的像素阵列，多个像素中的每一个像素具有第一状态或第二状态，第一状态表示超构结构单元中与该像素对应的位置存在超构材料，第二状态表示超构结构单元中与该像素对应的位置不存在超构材料；基于对超构结构单元的光学仿真，确定超构结构单元的透射性能不满足预设条件；响应于确定超构结构单元的透射性能不满足预设条件，循环执行以下操作：确定多个像素各自的权值；基于权值，随机翻转多个像素中的一组一个或多个像素的状态以得到当前单元图案；并且基于对当前单元图案所表示的超构结构单元的光学仿真，选择性地维持多个像素各自的状态或将一组一个或多个像素的状态恢复为翻转之前的状态；以及响应于确定超构结构单元的透射性能满足预设条件，生成定义光学超构表面器件的描述信息。

3、根据本公开的另一方面，提供了一种光学超构表面器件的制造方法，包括：利用如上所述的方法中生成的描述信息，在衬底上形成多个超构结构单元。

4、根据本公开的另一方面，提供了一种光学超构表面器件，光学超构表面器件利用如上所述的方法制造。

5、根据在下文中所描述的实施例，本公开的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。

技术特征：

1.一种光学超构表面器件的设计方法，所述光学超构表面器件包括衬底和所述衬底上的周期性排列的多个超构结构单元，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述随机翻转所述多个像素中的一组一个或多个像素的状态包括：

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述选择性地维持所述多个像素各自的状态或将所述一组一个或多个像素的状态恢复为翻转之前的状态包括：

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定所述多个像素各自的权值包括：

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述透射性能是基于所述超构结构单元的正向入射的透射光谱和反向入射的透射光谱来确定的，所述正向入射表示从所述超构结构单元远离所述衬底的一侧入射所述超构结构单元，所述反向入射表示从所述衬底远离所述超构结构单元的一侧入射所述衬底。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述预设条件包括所述正向入射的透射率大于第一阈值，并且所述反向入射的透射率小于第二阈值，所述第一阈值大于所述第二阈值。

7.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述多个超构结构单元在所述衬底上以对称性扩展进行排列。

8.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述超构材料的折射率大于所述衬底的折射率。

9.一种光学超构表面器件的制造方法，包括：利用如权利要求1至8中任一项所述的方法中生成的所述描述信息，在所述衬底上形成所述多个超构结构单元。

10.一种光学超构表面器件，所述光学超构表面器件利用如权利要求9所述的方法制造。

11.如权利要求10所述的器件，其中，所述多个超构结构单元中的每一个超构结构单元的尺寸范围为700nm×700nm至2000nm×2000nm。

12.如权利要求10所述的器件，其中，所述多个超构结构单元中的相应超构结构单元的单元图案包括10×10至40×40个像素；并且其中，所述每一个像素的尺寸范围为20nm×20nm至60nm×60nm。

13.如权利要求10所述的器件，其中，所述超构材料的厚度范围为100nm至500nm。

14.如权利要求10-13中任一项所述的器件，其中，所述衬底的材料为玻璃，并且所述超构材料的材料为氮化硅。

技术总结
一种光学超构表面器件的设计方法，光学超构表面器件包括衬底和衬底上的周期性排列的多个超构结构单元，该方法包括：获取表示相应超构结构单元的单元图案，单元图案包括具有多个像素的像素阵列，每一个像素具有第一状态或第二状态；响应于确定超构结构单元的透射性能不满足预设条件，循环执行以下操作：确定多个像素各自的权值；基于权值，随机翻转多个像素中的一组一个或多个像素的状态以得到当前单元图案；并且基于对当前单元图案所表示的超构结构单元的光学仿真，选择性地维持多个像素各自的状态或将一组一个或多个像素的状态恢复为翻转之前的状态；响应于确定超构结构单元的透射性能满足预设条件，生成定义光学超构表面器件的描述信息。

技术研发人员：李瑜,曹国威
受保护的技术使用者：联合微电子中心有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15