專(zhuān)利名稱(chēng)：通用寬帶極化器,有該極化器的裝置,以及它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學(xué)元件，該光學(xué)元件適于寬帶極化，更具體地用于極化，組合束分裂。
背景技術(shù)：
傳播的電磁輻射由兩個(gè)正交極化的分量組成，這兩個(gè)正交極化分量就是橫向電場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)。在許多應(yīng)用中，有必要或希望分別控制橫向電場(chǎng)(TE)或橫向磁場(chǎng)(TM)極化。隨極化狀態(tài)改變的裝置性能在光電子學(xué)中是重要的，從而允許多功能裝置的可能性。雙折射是將輻射分成這兩個(gè)分量的材料特性，并可以在不同方向上具有兩個(gè)不同折射率的材料中發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)折射率被稱(chēng)為n⊥和n‖(或np和ns)，通常正交，(即，光進(jìn)入某種透明材料，如方解石，被分裂成在不同方向上行進(jìn)的兩個(gè)束)。
雙折射也稱(chēng)為雙重折射。雙折射可用來(lái)提供分裂這兩個(gè)正交極化的能力，從而允許這樣的裝置獨(dú)立操縱每個(gè)極化。例如，極化可用來(lái)提供添加/消去(add/drop)能力，束分裂入射輻射，濾波器等。
然而，因此存在需要這樣的裝置，其中橫行和入射電磁波譜的極化可在寬譜范圍內(nèi)控制，從而提供寬帶極化控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示了適于影響入射到裝置上的電磁輻射的寬帶部分的至少一個(gè)極化的極化相關(guān)裝置。該裝置包括襯底，和多個(gè)差分折射率的區(qū)域，這些區(qū)域以交替的方式定位并基本鄰近襯底以影響這些區(qū)域上的至少一個(gè)極化碰撞。多個(gè)區(qū)域相對(duì)電磁輻射的至少一個(gè)寬帶部分極化取向，以便影響碰撞在這些區(qū)域上的電磁輻射的寬帶部分的至少一個(gè)極化。


通過(guò)結(jié)合附圖考慮本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例下列詳細(xì)說(shuō)明將促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的理解，其中相似數(shù)字表示相似部件，和圖1說(shuō)明按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的裝置的橫截面；圖2A-2C每個(gè)都說(shuō)明按照本發(fā)明實(shí)施例的圖1中裝置的操作；圖3就關(guān)于束極化說(shuō)明圖1中裝置的反射和透射的模擬；圖4說(shuō)明按照本發(fā)明實(shí)施例裝置的橫截面；圖5說(shuō)明按照本發(fā)明實(shí)施例裝置的橫截面；圖6說(shuō)明按照本發(fā)明實(shí)施例裝置的橫截面；圖7說(shuō)明按照本發(fā)明實(shí)施例裝置的圖像；圖8說(shuō)明按照本發(fā)明實(shí)施例的裝置；圖9說(shuō)明按照本發(fā)明實(shí)施例裝置的圖像；具體實(shí)施方式
可以理解本發(fā)明的圖和說(shuō)明書(shū)已經(jīng)被簡(jiǎn)化以說(shuō)明清楚地理解本發(fā)明相關(guān)的元素，同時(shí)為了清晰的目的，消除了制造這類(lèi)裝置中采用的典型光子學(xué)元件和方法的許多其它元素。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其它元件和/或步驟在實(shí)施本發(fā)明中是理想的和/或必須的。然而，由于這樣的元素和步驟是本領(lǐng)域所公知的，且由于它們無(wú)益于對(duì)本發(fā)明更好的理解，在此不提供對(duì)這樣的元素和步驟的討論。這里公開(kāi)的針對(duì)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那些元素和方法所有這樣的變化和修改。
一般地，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，極化的控制可用于控制電磁波。使用極化以控制電磁波可減小通常和波長(zhǎng)控制技術(shù)關(guān)聯(lián)的負(fù)波長(zhǎng)依賴(lài)效應(yīng)(negative wavelength dependent effects)，如透射衰減(transmission roll-offs)，透射的非均勻性，和相對(duì)波長(zhǎng)的透射變化。這樣的極化控制可用輔工作波長(zhǎng)光學(xué)結(jié)構(gòu)(sub-operating wavelengthoptical structures)，如納米結(jié)構(gòu)或納米元件實(shí)現(xiàn)，這里工作波長(zhǎng)相應(yīng)于電磁波。寬帶波長(zhǎng)，如可見(jiàn)光和紅外光上這樣的極化控制增加了控制的有效性。進(jìn)一步，可限定寬帶以包括可見(jiàn)光譜的子集和紅外光譜的子集，如300到1000納米，500到1100納米，和550到1000納米的波長(zhǎng)，僅以非限制帶寬為例。進(jìn)一步，可限定寬帶以包括可見(jiàn)光譜或紅外光譜的主要部分，或兩者都包括，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員傳統(tǒng)上理解的那樣。
現(xiàn)參考圖1，其示出了按照本發(fā)明一個(gè)方面的裝置10。裝置10主要包括襯底100和基本鄰近它定位的納米結(jié)構(gòu)150的圖案。納米結(jié)構(gòu)150可包括多個(gè)交替的區(qū)域200和210，它們具有不同的折射率。裝置10也可包括基本位于襯底100附近的層105，在納米結(jié)構(gòu)150的圖案遠(yuǎn)端。
襯底100可采取任何適于用在光學(xué)中的材料，且為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知。用于襯底100的合適的材料可包括常用于光柵或光學(xué)制造領(lǐng)域的材料，如玻璃(如BK7，Quartz或Zerodur)，半導(dǎo)體，法拉第磁光材料，如石榴石，和包括以下元素的材料，這些元素如鉍，鐵，鎵，和氧，和聚合物，該聚合物包括塑料如聚碳酸酯，僅舉例說(shuō)明而非限制。進(jìn)一步，襯底100可包括復(fù)合襯底，其具有包含這些材料的多個(gè)層。襯底100可以具有任何厚度，如范圍在1到10000微米內(nèi)的厚度。更具體地，襯底100可具有約1000微米，500微米，200微米，100微米，50微米，20微米，5微米的厚度。僅舉例說(shuō)明而非限制。
納米結(jié)構(gòu)150的圖案可包括多個(gè)區(qū)域，它們相對(duì)電磁輻射的寬帶部分的至少一個(gè)極化取向，以便影響碰撞該區(qū)域的電磁輻射的寬帶部分的至少一個(gè)極化。
包括納米元件或亞波長(zhǎng)元件的納米結(jié)構(gòu)150的圖案可包括多個(gè)元件，它們每個(gè)寬度為W長(zhǎng)度為H。寬度W可在約10納米到500納米或約15到180納米之間。高度H可以在約10納米到1000納米之間，或約30納米到500納米之間。進(jìn)一步，元件的尺寸可以改變，展寬壓縮(chirped)，或錐化漸縮(tapered)，這可以為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解。
納米結(jié)構(gòu)150的圖案可具有周期性(P)納米元件。該周期也基本為常數(shù)或改變或展寬壓縮(chirped)。周期P可在約10納米到1000納米之間，或30納米到200納米之間。如可從圖1中看到的那樣，納米結(jié)構(gòu)150可形成具有交替折射率的區(qū)域。在圖1中，例如，具有折射率nF的第一折射率材料(index material)200可基本位于鄰近具有折射率nO的第二折射率材料210處，產(chǎn)生交替的分別具有相對(duì)高折射率和低折射率的區(qū)域。納米結(jié)構(gòu)150圖案填充率(filling ratio)被表示為W/P，其可定義為該周期內(nèi)兩個(gè)折射率元件中具有較高折射率區(qū)域的寬度對(duì)所有周期的比值。填充率W/P可確定該裝置的工作波長(zhǎng)，這可被具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解。
第一折射率材料200可采用導(dǎo)電材料的形式，該材料為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知，如鋁，金，銀，銅，和這些材料的合金，僅舉例說(shuō)明而非限制。第二折射率材料210可采用空氣，真空，或介電材料，如二氧化硅，金屬氧化物，金屬氟化物，含碳?xì)浠衔锏挠袡C(jī)聚合物，無(wú)機(jī)液體，有機(jī)液體，或玻璃，僅舉例說(shuō)明而非限制。按照本發(fā)明的實(shí)施例，第一折射率材料200可具有比第二折射率材料210高的折射率。為了完備，可以是多個(gè)材料210，200，每個(gè)占總周期P的一部分。這部分可以函數(shù)表示為fk=FGkXG;]]>k＝1，2，3，...，M；且Σk=1Mfk=1]]>其中特征尺寸P小于裝置的工作波長(zhǎng)，如工作波長(zhǎng)λ＝1550納米，且P的量級(jí)為10到100納米，且更特別地在30到200納米之間。
納米結(jié)構(gòu)150的圖案可以生長(zhǎng)或沉積在襯底100上。納米結(jié)構(gòu)150的圖案可以用任何合適的納米平版印刷術(shù)和/或納米復(fù)制工藝，如美國(guó)專(zhuān)利No.60496193描述的亞微米尺度的成圖案技術(shù)形成于襯底100中或形成于其上。其它用于制造納米結(jié)構(gòu)150的工藝包括干涉光刻技術(shù)如全息光刻技術(shù)，步進(jìn)快閃式壓印光刻技術(shù)，納米壓印光刻技術(shù)，軟光刻技術(shù)，深UV(DUV)光刻技術(shù)，極UV(EUV)光刻技術(shù)，X射線(xiàn)光刻技術(shù)，電子束光刻技術(shù)，離子束光刻技術(shù)和激光輔助直接壓印術(shù)，僅舉例說(shuō)明而非限制。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，納米結(jié)構(gòu)150下面的一維(1-D)圖案，其由高對(duì)比折射率的材料形成，從而形成折射率差別顯著的高折射率和低折射率區(qū)域，該圖案在襯底100上形成。按照本發(fā)明的實(shí)施例，納米結(jié)構(gòu)150的兩維(2-D)圖案也可這樣在襯底100上形成，該兩維圖案由高對(duì)比折射率材料形成。
如由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的那樣，圖案150中的多種元件可以這樣方式復(fù)制到襯底100上或其中。這樣的元件可采用帶子，溝道，支柱，或孔的形式，例如，所有這些元件可以有公共周期或沒(méi)有，且可具有不同高度和寬度。帶子可以是矩形槽，或例如，可替換地三角形或半環(huán)行槽，這些例子都是非限制性的。類(lèi)似地，基本和孔相對(duì)，支柱也可成圖案。這樣的支柱可以公共周期在某個(gè)軸上成圖案，或可替換地通過(guò)改變周期在一個(gè)或兩個(gè)軸上形成。該支柱可以例如提升的臺(tái)階，倒角的半環(huán)，或三角形的形式形成。支柱也可以在一個(gè)軸上形成圓錐形，或在另一個(gè)軸上形成另一個(gè)圓錐形。
層105可以包括在裝置10中以提供或增強(qiáng)裝置10的光學(xué)可操作性。該層，如果有，可采用例如抗反射涂層的形式。為了完備性，層105可包括多個(gè)層，如多個(gè)層，其整體執(zhí)行抗反射功能。在這樣的構(gòu)型中，層105可包括交替的SiO2層和HFO2層，每個(gè)層具有范圍在20納米到200納米的厚度?？偟目捎盟膫€(gè)層。也可以使用其它數(shù)量的層，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)這是顯然的。
如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的那樣，抗反射涂層(ARC)可采用薄，介電或金屬膜，或幾個(gè)這樣的膜形成，這樣的膜被應(yīng)用到光學(xué)表面以減小反射率，從而增加總的透過(guò)率。一個(gè)最優(yōu)折射率的四分之一波長(zhǎng)涂層可消除一個(gè)波長(zhǎng)的反射。多層涂層可減少可見(jiàn)光譜的損失?？狗瓷渫繉拥膭?dòng)機(jī)是通過(guò)薄膜產(chǎn)生雙干涉而產(chǎn)生兩個(gè)反射波。如果這兩個(gè)波異相，它們就部分或全部相消。如果涂層是四分之一波長(zhǎng)厚度且涂層的折射率小于玻璃的折射率，那么涂層的兩個(gè)反射相差180度。如果由ARC的第一表面上的入射輻射產(chǎn)生的第一表面反射是碰撞在裝置10上總輻射的4％，且由ARC的第二表面上的入射輻射產(chǎn)生的第二反射是涂層透過(guò)的輻射的4％(或在該例子中是碰撞輻射的96％)，且相位差180度幾乎導(dǎo)致相消，這對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯然的。在該例子中，第一反射是碰撞輻射的4％，而第二反射是碰撞輻射的96％的4％，且每個(gè)輻射的相位差為180度。如果它們數(shù)值相等，將不產(chǎn)生反射，從而每個(gè)反射將整體取消。事實(shí)上，仍將存在少量反射，即4％和3.84％(4％的96％)不完全相等。然而，在本例中ARC能將反射從4％降低到0.16％。
按上述配置的這樣的裝置，可以在390納米到1600納米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)提供大于約100的透射消光率，例如在390納米到1600納米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)透射率大于0.50。
現(xiàn)參考圖2A-2C，示出了一組說(shuō)明按照本發(fā)明實(shí)施例的圖1中裝置10操作的示意圖。在圖2A中，示出了按照本發(fā)明實(shí)施例的極化束分光器的操作。如可從圖2A中看到的那樣，包含TE和TM兩個(gè)分量的輻射可入射到裝置10上。兩個(gè)分量中的一個(gè)可以經(jīng)裝置10透射，如圖2A中示為T(mén)M。其它分量可由裝置10反射，如圖2A中示為T(mén)E。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的那樣，利用平行導(dǎo)體的極化束分光器，如納米結(jié)構(gòu)150，可用作垂直于導(dǎo)體長(zhǎng)度的透射極化輻射，且類(lèi)似地，輻射輻射平行于導(dǎo)體長(zhǎng)度。
這樣的偏振器可用于束分裂，組合，極化，或類(lèi)似的功能，并可由一系列結(jié)構(gòu)形成。其中輻射，如可見(jiàn)光或紅外光，撞擊納米結(jié)構(gòu)，某些輻射被反射，而由納米結(jié)構(gòu)選擇性極化的那部分輻射則可以通過(guò)。這樣的納米結(jié)構(gòu)偏振器極化垂直于導(dǎo)體長(zhǎng)度入射到平行導(dǎo)體上的輻射波。
納米結(jié)構(gòu)可以是密集的也可以是比要極化，控制，或分析的輻射波長(zhǎng)更緊密地靠近在一起。因此，輻射波長(zhǎng)越小，納米結(jié)構(gòu)越緊密以便在目標(biāo)輻射上工作。如本領(lǐng)域公知的那樣，這對(duì)用這樣的偏轉(zhuǎn)器極化的輻射類(lèi)型有一定限制。輻射的極化可用來(lái)控制作為極化對(duì)象的輻射，如分光器或合束器，也可用來(lái)分析對(duì)象的極化特性，如通過(guò)檢驗(yàn)從從對(duì)象或由對(duì)象反射的光。極化特征可用來(lái)提取關(guān)于對(duì)象及表面的物理和化學(xué)組成的重要信息。因此極化束分光器可用作分析器，例如，反射不需要的光，并通過(guò)需要的光。示例性的光學(xué)和電光偏振器應(yīng)用可包括激光器，眩光降低，透鏡涂層，顯示增強(qiáng)，和開(kāi)發(fā)有限帶寬的可利用性，僅舉幾個(gè)例子。例如，通過(guò)“頻率再利用”，天線(xiàn)可同時(shí)發(fā)射同一頻率的鄰近束，且通過(guò)不同地極化每個(gè)束，但保持有用的束隔離。在光學(xué)，電信，光學(xué)和電光應(yīng)用和光子學(xué)領(lǐng)域，高度必要增強(qiáng)裝置性能并減少制造，封裝和組裝成本，如通過(guò)提供極化能力，這些極化能力通過(guò)更寬范圍的輻射提供改進(jìn)的性能，但其可以低成本制造。例如，有必要提供改進(jìn)的光子學(xué)元件，其可集成到光子集成光路(PIC)，或與另一個(gè)光子裝置集成。
在圖2B中，示出了按照本發(fā)明實(shí)施例的極化合束器的操作。可從圖2B中看出，基本上用一個(gè)分量(圖2B中示為T(mén)E)取向的輻射可入射到裝置10的一側(cè)。輻射的另一個(gè)分量(圖2B中示為T(mén)M)可入射到裝置10的不同表面上。按照本發(fā)明實(shí)施例配置的裝置10可反射TE分量同時(shí)透過(guò)TM分量。因?yàn)檫@些分量入射到裝置10的相對(duì)側(cè)，裝置10的不同反應(yīng)特征用來(lái)將這兩個(gè)分量組合成一束，如圖2B所示。利用平行導(dǎo)體的極化合束器，如納米結(jié)構(gòu)150，透射垂直于導(dǎo)體長(zhǎng)度的極化的輻射，且類(lèi)似地，反射平行于導(dǎo)體長(zhǎng)度的輻射。
在圖2C中，示出了按照本發(fā)明實(shí)施例的偏振器的操作。如可從圖2C中看到的那樣，包含TE和TM分量的輻射可入射到裝置10上。一個(gè)分量是通過(guò)裝置10(圖2C中示為T(mén)M)透射的，而另一個(gè)(圖2C中示為T(mén)E)是被吸收到裝置10中。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的那樣，利用平行導(dǎo)體的偏振器，如納米結(jié)構(gòu)150，發(fā)射垂直于導(dǎo)體長(zhǎng)度的極化的輻射。
現(xiàn)參考圖3，示出了圖1中關(guān)于束極化的裝置10最終的反射和透射。特別地，裝置10的參數(shù)包括鋁周期(P)為100毫米，高度(H)為150納米，寬度(W)為50納米的納米光柵。在該模擬中輻射以近似45度入射到裝置10上。如可從圖3中看到的那樣，對(duì)于波長(zhǎng)在350和1600納米之間的分量TM的透射率達(dá)到83％以上。對(duì)于波長(zhǎng)在300和1600納米之間的分量TE的反射率達(dá)到98％以上。進(jìn)一步，對(duì)于透射束在這樣的帶寬窗口內(nèi)，消光率優(yōu)于40dB。
現(xiàn)參考圖4，示出了按照本發(fā)明實(shí)施例的裝置的橫截面。如可從圖4中看到的那樣，其中示出了裝置400。裝置400可包括許多裝置10中的元件，如襯底100，層105，包括具有折射率nF的第一折射率材料200的多個(gè)納米元件150，其中該第一折射率材料200基本鄰近具有折射率no的第二折射率材料210安置，產(chǎn)生相對(duì)高和相對(duì)低折射率的交替區(qū)域。額外地，裝置400可具有介電層410。介電層410可以是至少在裝置400一個(gè)表面上形成薄膜層的介電材料。介電層可采用例如，二氧化硅。介電層410可基本繞裝置或基本沿一個(gè)棱定位，如圖4所示。包覆介電層410可提高裝置410的可靠性。介電層410的厚度在1納米到50納米范圍內(nèi)，且可包括二氧化硅，有機(jī)聚合物，氮化硅，氮氧化硅，氟化鎂，和金屬氧化物。
現(xiàn)參考圖5，示出了按照本發(fā)明實(shí)施例的裝置500的橫截面。裝置500可包括襯底100，抗反射涂層105，110，和140，薄膜120和130及納米光柵150。如圖5所示，每個(gè)層可基本鄰近前一層以類(lèi)似于前述的三明治構(gòu)型對(duì)齊。襯底100可具有基本相鄰放置的抗反射涂層105。在襯底100上抗反射涂層105遠(yuǎn)端可放置抗反射涂層110?；距徑繉?10并在襯底100遠(yuǎn)端可放置薄膜120?；距徑∧?20可以是納米光柵150，其基本鄰近薄膜120但在薄膜120遠(yuǎn)端地對(duì)齊。
如上面關(guān)于圖1的討論，襯底100可采取任何適用于光子學(xué)的材料，這為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所公知。
如上面關(guān)于圖1所述的納米結(jié)構(gòu)150的圖案，包括納米元件或亞波長(zhǎng)元件，可包括多個(gè)元件，每個(gè)元件的寬度為W而長(zhǎng)度為H。元件的尺寸可改變或展寬壓縮(chirped)，這可為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解。納米結(jié)構(gòu)150的圖案可具有納米元件的周期P。該周期也可以改變或展寬壓縮(chirped)。這可為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解，不同的圖案可以這樣的方式復(fù)制到襯底100上或其中。
抗反射涂層105，110和140可包括在裝置500內(nèi)。為了完備性，涂層105，110和140可包括多個(gè)層，這些層被設(shè)計(jì)來(lái)執(zhí)行抗反射功能。雖然本討論中所用的多個(gè)層可以是，且通常是指層105，層105用于執(zhí)行相同功能的單個(gè)層或多個(gè)層。
如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的那樣，抗反射涂層(ARC)，如抗反射涂層105，110，和140可采用薄，介電或金屬膜，或幾個(gè)這樣的膜的形式，它們應(yīng)用到光學(xué)表面以減少反射率從而增加總的透射率。
薄膜120，130可在加工過(guò)程中用來(lái)提供例如，蝕刻阻擋。如果被用來(lái)蝕刻阻擋，在半導(dǎo)體制造方面，膜120和130可被設(shè)計(jì)成包含有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的特性。具體地，薄膜120和130可用與要被蝕刻的材料具有不同蝕刻速率的材料設(shè)計(jì)，且可放置在被蝕刻材料的下面以在蝕刻過(guò)程中提供緩沖作用。
現(xiàn)參考圖6，示出了裝置600，其適于用作通用寬帶極化分束器，極化合束器，和偏振器。裝置600包含許多元件，這些元件都相對(duì)上面圖5中的元件500示出并討論。裝置600可進(jìn)一步包括填充材料300，其被并入到第一折射率材料200之間的區(qū)域。材料300可采用，例如低折射率材料的形式。通過(guò)非限制性例子，材料300可用來(lái)提供裝置600的機(jī)械穩(wěn)定性，裝置600的光學(xué)界面連接，如通過(guò)折射率匹配。材料300可采用介電材料的形式，如二氧化硅，聚合物材料或其它本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的材料以充分地執(zhí)行介電功能。填充材料300可包括導(dǎo)電材料，如上所述。
通過(guò)特定非限制性例子，裝置600可包括襯底100，如玻璃，涂覆有多個(gè)，如兩個(gè)層100，其可以形成有抗反射涂層，如HFO2層和SiO2層，每個(gè)層的厚度都在20納米到300納米的范圍內(nèi)。此外，蝕刻阻擋層120，如Al2O3，厚度在10納米到50納米的范圍內(nèi)，可以放置基本鄰近層110處?？砂{米光柵150，其基本鄰近層120并在層110遠(yuǎn)端?；緡@納米光柵150的可以是保護(hù)性層130，如Al2O3，厚度在1納米到20納米的范圍內(nèi)。填充料210，如SiO2也可用在納米光柵150的交替區(qū)域中，其與元件200以交替的方式安置。中間介電層(未示出)，如SiO2也可以使用。所應(yīng)用的這樣的層厚度為20納米到200納米。該中間介電層可以在制造工藝中保護(hù)鄰近層，或提供折射率匹配，或其它特性，這可以為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知。這樣的中間介電層可以基本放置在襯底100和納米光柵150之間并鄰近它們。其它合適的位置可類(lèi)似地用于中間層，這可為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所公知。合適的抗反射涂層140也可添加在基本鄰近層130處，如上所述。類(lèi)似地，抗反射涂層105可放置在鄰近襯底100并在涂層110處遠(yuǎn)端。
現(xiàn)參考圖7，示出了按照本發(fā)明實(shí)施例裝置的圖像700。如可從圖7中所看到的那樣，圖像700說(shuō)明包括玻璃的襯底100，包括交替的第一折射率材料200和第二折射率材料210的多個(gè)區(qū)域150，多個(gè)區(qū)域150被定位在基本鄰近襯底100處，且薄介電層410被定位在基本鄰近多個(gè)區(qū)域150并在襯底100遠(yuǎn)端處。如可從圖7中看到的那樣，圖像700是在放大91650倍(91K)時(shí)獲取的，其示出具有約150納米周期的多個(gè)區(qū)域150。
雖然上述多個(gè)區(qū)域150說(shuō)明兩種形成圖案的交替材料，其中第一種材料被表示為“A”，而第二種材料被表示為“B”，如ABABAB...，也可形成其它圖案。本發(fā)明可包括其它材料于圖案中，該圖案由多個(gè)區(qū)域150組成。例如，三種交替的材料可用來(lái)產(chǎn)生圖案，如ABCABCABC...，進(jìn)一步，四種材料可用來(lái)產(chǎn)生圖案ABCDABCDABCD...。其它數(shù)量的材料也可用來(lái)產(chǎn)生這里所述的圖案。
現(xiàn)參考圖8，示出了按照本發(fā)明實(shí)施例的裝置800。如可從圖8中看到的那樣，裝置800可包括襯底100，蝕刻阻擋層120，多個(gè)區(qū)域150可包括多種填充材料810，多種高折射率材料200，和多種低折射率材料210，和抗反射涂層105和110。
類(lèi)似于上述裝置，襯底100可包括玻璃，半導(dǎo)體材料，法拉第磁光材料，僅舉例說(shuō)明而非限制?？狗瓷渫繉?05和110可形成交替HFO2和SiO2。類(lèi)似地，蝕刻阻擋層120，130可由HFO2形成，并可包括材料以形成抗反射涂層。
多個(gè)區(qū)域150可包括多個(gè)填充材料810，多個(gè)高折射率材料200，和多個(gè)以交替方式安置的低折射率材料210，如填充材料810，多個(gè)低折射率材料210，和多個(gè)高折射率材料200。按照本發(fā)明的實(shí)施例，填充材料810可具有低折射率，或高折射率。具有低折射率的填充材料可包括SiO2，和空氣和真空的空腔。如上所述，高折射率材料200可包括金屬，金屬合金，和金屬的組合。適于用作高折射率材料的金屬可包括鋁，金，鉻，僅舉例說(shuō)明而非限制。低折射率材料210可包括SiO2，氮化硅，硅，僅舉例說(shuō)明而非限制。
現(xiàn)參考圖9，示出按照本發(fā)明實(shí)施例的圖像900。如可從圖9中看到的那樣，圖像900示出襯底100，其包括玻璃，多個(gè)包括交替的高折射率材料200和低折射率材料210的區(qū)域，多個(gè)填料810，蝕刻阻擋層120，和抗反射涂層105和110。多個(gè)區(qū)域150可基本位于鄰近襯底100處，如圖所示。如圖9中所看到的那樣，圖像900是放大72000倍時(shí)獲取的，并示出具有周期近似200納米的多個(gè)區(qū)域150。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可對(duì)本發(fā)明執(zhí)行許多修改和變化，而不偏離本發(fā)明的精神和范疇。因此，本發(fā)明涵蓋附屬權(quán)利要求及其等價(jià)物的范疇內(nèi)的本發(fā)明的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種極化相關(guān)裝置，其適于影響入射到所述裝置上電磁輻射寬帶部分的至少一個(gè)極化，所述裝置包括襯底；和多個(gè)不同折射率的區(qū)域，它們以交替方式定位并基本鄰近所述襯底以影響碰撞在區(qū)域上的至少一個(gè)極化，其中所述多個(gè)區(qū)域相對(duì)于電磁輻射寬帶部分的至少一個(gè)極化這樣取向，使得影響碰撞在所述區(qū)域上電磁輻射的寬帶部分至少一個(gè)極化。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括基本鄰近所述襯底在所述多個(gè)區(qū)域遠(yuǎn)端定位的層，其中所述層適于增強(qiáng)裝置的透射特征。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述層通過(guò)減少不想要的反射而增強(qiáng)透射。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述層包括至少一種從由SiO2和HFO2組成的組中選擇的材料。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述襯底包括玻璃，半導(dǎo)體，法拉第磁光材料，和聚合物中的至少一種。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述法拉第磁光材料包括至少一種材料，該材料包括從由鉍，鐵，鎵和氧組成的組中選擇的至少一種元素。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述法拉第磁光材料包括至少石榴石和法拉第磁光晶體中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域的寬度在10到500納米范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域的寬度在15到180納米范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域的高度在10到1000納米范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域的高度在30到500納米范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域的周期在10到1000納米范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域的周期在30到200納米范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述具有不同折射率的多個(gè)區(qū)域的第一折射率材料包括導(dǎo)電材料。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述導(dǎo)電材料包括至少一種從鋁，金，銀，和銅中選擇的材料。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述具有不同折射率的多個(gè)區(qū)域的第一折射率材料包括合金。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述具有不同折射率的多個(gè)區(qū)域的第二折射率材料包括從由空氣，真空，和介電材料組成的組中選擇的材料。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述介電材料包括無(wú)機(jī)液體，有機(jī)液體，二氧化硅，金屬氧化物，金屬氟化物和有機(jī)聚合物中的至少一種。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述有機(jī)聚合物包括碳?xì)浠衔铩?br> 20.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置通過(guò)束分裂影響入射到裝置上電磁輻射的至少一種極化。
21.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置通過(guò)束組合影響入射到裝置上電磁輻射的至少一種極化。
22.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置通過(guò)吸收輻射影響入射到裝置上電磁輻射的至少一種極化。
23.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置通過(guò)反射輻射影響入射到裝置上電磁輻射的至少一種極化。
24.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域包括改變的尺寸。
25.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域包括被展寬壓縮(chirped)的尺寸。
26.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括基本位于裝置周?chē)慕殡妼印?br> 27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述介電層的厚度在1納米到50納米的范圍內(nèi)。
28.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述介電層包括二氧化硅，有機(jī)聚合物，氮化硅，氮氧化硅，氟化鎂和金屬氧化物中的至少一種。
29.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述介電層適于提高裝置的可靠性。
30.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括至少一種位于基本鄰近所述多個(gè)區(qū)域的薄膜。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述至少一種薄膜用作蝕刻阻擋層。
32.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多個(gè)具有不同折射率的區(qū)域以交替方式定位，該多個(gè)區(qū)域包括交替的低折射率和高折射率材料。
33.如權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述高折射材料包括鋁，金，銀，銅和合金中的至少一種。
34.如權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述低折射率材料包括空氣。
35.如權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述低折射率材料包括真空。
36.如權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述低折射率包括填充材料。
37.如權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述低折射率材料包括介電材料。
38.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置在390納米到1650納米的波長(zhǎng)范圍上透射具有大于近似100的消光率。
39.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置在390納米到1650納米的范圍上具有大于0.50的透射率。
40.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括中間介電層，其基本位于所述襯底和所述多個(gè)區(qū)域之間并鄰近它們。
41.如權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述中間介電層包括二氧化硅，金屬氧化物和有機(jī)聚合物中的至少一種。
42.如權(quán)利要求41所述的裝置，其中所述有機(jī)聚合物包括碳?xì)浠衔铩?br> 43.一種極化相關(guān)裝置，其適于影響入射到裝置上的寬帶電磁輻射的至少一個(gè)極化，所述裝置包括襯底；多個(gè)具有不同折射率的區(qū)域，其以交替方式定位并基本鄰近所述襯底，以影響碰撞到所述區(qū)域上至少一個(gè)極化；至少一個(gè)抗反射涂層，其位于基本鄰近所述襯底在所述圖案遠(yuǎn)端；中間介電層，其基本定位在所述襯底和所述納米結(jié)構(gòu)圖案之間并鄰近它們；和介電層，其基本位于所述裝置附近。
44.如權(quán)利要求43所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域是相對(duì)寬帶電磁輻射至少一個(gè)極化取向的，以便影響碰撞在所述區(qū)域上寬帶電磁輻射的至少一個(gè)極化。
45.如權(quán)利要求43所述的裝置，其中所述至少一個(gè)抗反射涂層通過(guò)減小不想要的反射而增強(qiáng)透射。
46.如權(quán)利要求43所述的裝置，其中所述裝置通過(guò)束分裂，束組合，吸收和反射輻射中的至少一個(gè)，影響入射到裝置上寬帶電磁輻射的至少一種極化。
47.如權(quán)利要求43所述的裝置，其中所述以交替方式定位的多個(gè)具有不同折射率的折射率區(qū)域包括交替的低折射率和高折射率材料。
48.如權(quán)利要求43所述的裝置，其中所述裝置在390納米到1650納米范圍內(nèi)的透射具有大于約100的消光率。
49.如權(quán)利要求43所述的裝置，其中裝置在390納米到1650納米的波長(zhǎng)范圍上具有大于0.50的透射率。
50.一種極化相關(guān)裝置，其適于影響入射到裝置上電磁輻射的寬帶部分的至少一種極化，所述裝置包括襯底；和多個(gè)具有不同折射率的區(qū)域，它們以交替的方式定位并基本鄰近所述襯底，以影響碰撞在所述區(qū)域上的至少一種極化，其中所述裝置在390納米到1650納米波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射具有大于約100的消光率，和其中所述裝置在390納米到1650納米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有大于0.50的透射率。
51.如權(quán)利要求50所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域相對(duì)電磁輻射寬帶部分的至少一種極化取向，以便影響碰撞在所述區(qū)域上電磁輻射的至少一種極化。
52.一種極化相關(guān)裝置，其適于影響至少入射到所述裝置上寬帶輻射的至少一種極化，所述裝置包括襯底；多個(gè)具有不同折射率的區(qū)域，其以交替方式定位并基本鄰近所述襯底，以影響碰撞到所述區(qū)域上至少一種極化；至少一個(gè)抗反射涂層，其位于基本鄰近所述襯底在所述多個(gè)區(qū)域遠(yuǎn)端；至少一個(gè)中間介電層，其基本定位在所述襯底和所述多個(gè)區(qū)域之間并鄰近它們；和至少一個(gè)抗反射涂層，其位于基本鄰近所述多個(gè)區(qū)域在所述襯底遠(yuǎn)端，其中所述裝置在1250納米到1350納米的波長(zhǎng)范圍上透射具有大于約5000的消光率，和其中所述裝置在1250納米到1350納米的波長(zhǎng)范圍上的透射率大于0.96。
53.如權(quán)利要求52所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域是相對(duì)寬帶電磁輻射的至少一種極化取向的，以便影響碰撞在所述區(qū)域上寬帶電磁輻射的至少一種極化。
54.一種極化相關(guān)裝置，其適于影響至少入射到所述裝置上寬帶輻射的至少一種極化，所述裝置包括襯底；多個(gè)具有不同折射率的區(qū)域，其以交替方式定位并基本鄰近所述襯底，以影響碰撞到所述區(qū)域上至少一種極化；至少一個(gè)抗反射涂層，其位于基本鄰近所述襯底在所述多個(gè)區(qū)域遠(yuǎn)端；至少一個(gè)中間介電層，其基本定位在所述襯底和所述多個(gè)區(qū)域之間并鄰近它們；和至少一個(gè)抗反射涂層，其位于基本鄰近所述多個(gè)區(qū)域在所述襯底遠(yuǎn)端，其中所述裝置在1450納米到1650納米的波長(zhǎng)范圍上透射具有大于約5000的消光率，和其中所述裝置在1450納米到1650納米的波長(zhǎng)范圍上的透射率大于0.96。
55.如權(quán)利要求54所述的裝置，其中所述多個(gè)區(qū)域相對(duì)寬帶電磁輻射的至少一種極化這樣取向，使得影響碰撞在所述區(qū)域上的寬帶電磁輻射的至少一種極化。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種極化相關(guān)裝置，其適于影響入射到裝置上的電磁輻射的寬帶部分的至少一種極化。該裝置包括草地，多個(gè)具有不同折射率的區(qū)域，它們以交替方式定位在基本鄰近所述襯底處，以影響碰撞該區(qū)域上至少一種極化。多個(gè)區(qū)域是相對(duì)電磁輻射寬帶部分的至少一種極化取向的，以便影響碰撞到該區(qū)域上的電磁輻射寬帶部分的至少一種極化。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1761892SQ200480007258
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2004年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月10日
發(fā)明者王健(音譯) 申請(qǐng)人:納諾普托公司