[发明专利]用于控制光学散射的器件和方法

说明书

公开了用于控制光学散射的方法和器件。4重不对称圆柱体的阵列可以用作散射电磁波的光学元件，其中每个光学元件的定向和尺寸是根据器件的所期望的偏振和相移响应来确定的。可以计算琼斯矩阵以确定光学元件的制造参数。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2014年9月15日提交的美国临时专利申请第62/050,641号的优先权，并且可涉及在2015年1月30日提交的美国专利申请第14/610,862号，这两个公开通过引用将其整体并入本文。

利益声明

本发明是在政府的支持下根据由陆军研究所授予的批准号W911NF-14-1-0345做出的。政府具有本发明中的某些权利。

技术领域

本公开涉及光学器件。更具体地，其涉及使用平面器件的同时偏振和波前控制。

附图简述

被并入本说明书的并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的一个或多个实施例，并与示例实施例的描述一起用于解释本公开的原理和实现。

图1示出了改变入射光的偏振和相位的散射体的阵列的示意图。

图2示出了关于椭圆柱体(post)的参数的计算的图形。

图3示出了示例椭圆柱体。

图4示出了示例测量设置。

图5示出了用于完全的偏振和相位控制的元表面(metasurface)。

图6和图7示出了阵列和柱体旋转的等价性。

图8示出了使光的x偏振部分和y偏振部分偏转5°和-5°的偏振分束器。

图9示出了使x和y偏振光分离并聚焦到两个不同的点的偏振分束器。

图10示出了生成关于x和y偏振光的两个不同的图案的偏振可切换的相位全息图。

图11显示了将入射的x偏振入射高斯光束转换为径向偏振贝塞尔-高斯光束及将y偏振入射高斯光束转换为方位角偏振贝塞尔-高斯光束的器件。

图12示出了同时生成并聚焦径向和方位角偏振的光的器件。

图13示出了将右旋圆偏振的入射光束聚焦到近衍射极限光斑及将左旋圆偏振光聚焦到环形斑的器件。

图14示出了通过单个非晶硅柱体引起的大的前向散射。

图15示出了用于得到图19中的数据的、作为椭圆柱体直径的函数的相移和强度透射系数。

图16示出了通过图13中所示的器件进行的衍射极限聚焦。

图17-18示出了椭圆柱体的周期阵列的透射光谱，显示了操作波长不与共振重叠。

图19示出了关于波长为915nm的数据。

图20示出了不同类型的柱体横截面。

概述

在公开内容的第一方面中，描述了一种器件，该器件包括：基片；以及在基片上的4重不对称电磁散射元件(4-fold asymmetric electromagnetic scattering elements)的阵列，其中该4重不对称电磁散射元件具有比基片更高的折射率。

在公开内容的第二方面中，描述了一种方法，该方法包括：确定通过器件散射的电磁波的期望的偏振和相移，该器件包括基片和在该基片上的4重不对称电磁散射元件的阵列，其中该电磁散射元件具有比该基片更高的折射率；计算对于所散射的电磁波的琼斯矩阵；根据琼斯矩阵，确定每一个4重不对称电磁散射元件的长轴、短轴、高度和长轴的定向；根据每一个4重不对称电磁散射元件的长轴、短轴、高度和长轴的定向制造该器件。