基于数字平面全息的集成平面光学器件

摘要

提供具有基于数字平面全息术的全息图案的集成平面光学器件。所述器件包括支撑多个平面光学元件和下部包层的半导体衬底。所述下部包层支撑光传播和分布层，在所述光传播和分布层中嵌入有全息图案的多个互连图案元件，所述互连图案元件用于根据所述全息图案控制向所述平面光学元件传播的光束及从所述平面光学元件传播的光束的性质和方向。这是通过提供具有特定位置、形状和折射率的图案元件来实现的，其中所述图案元件的折射率不同于包含这些元件的层的材料的折射率。描述了设计和制造所述图案的方法。

主权项

一种具有基于数字平面全息术的全息图案的集成平面光学器件，包括：半导体衬底；由所述半导体衬底支撑的下部包层；由所述半导体衬底支撑的多个平面光学元件；由所述下部包层支撑的光传播和分布层，所述光传播和分布层能够向所述平面光学元件传播光或传播来自所述平面光学元件的光；以及位于所述光传播和分布层中的全息图案的互连图案元件，所述互连图案元件根据所述全息图案控制向所述平面光学元件传播的光束以及从所述平面光学元件传播的光束的性质和方向；所述光传播和分布层具有第一折射率，所述光传播和分布层具有第二折射率，所述第一折射率与第二折射率不同以便确定所述光束的性质和方向，其中，位于所述光传播和分布层中的全息图案的互连图案元件的位置和形状是利用解决逆问题的方法，基于给定的函数f_in(x，y，ω)和f_out(x，y，ω)并通过下列步骤而计算出的：作为分解为傅立叶级数的结果，通过提供有限数目(“n”，“m”，“u”，“v”)的值，根据下列等式数字化上述函数$f_{\mathrm{in}}(x,y,\omega )\cong \underset{n,u}{\Sigma }{C}_{\mathrm{nu}}\exp \left({\mathrm{ik}}_n{r}_u\right)f\left(\omega \right)$和$f_{\mathrm{out}}(x,y,\omega )\cong \underset{m,v}{\Sigma }{C}_{\mathrm{mv}}\exp \left({-\mathrm{ik}}_m{r}_v\right)f\left(\omega \right)$其中，k_n是入射波的波矢，r_u是从入射端口号u到当前点的距离，k_m是出射波的波矢，r_v是从出射端口号v到当前点的距离。