CN114829987B - 超透镜的添加式制造 - Google Patents

Abstract

公开了一种制造光学元件的方法。该方法包括以下步骤：在基板上形成第一材料层，通过压印过程在第一材料层中形成多个腔，以及在多个腔中形成第二材料层以形成光学超表面。还公开了根据该方法制造的光学元件、包括该光学元件的光学设备、以及诸如蜂窝电话、相机、图像记录设备或视频记录设备的光学装置。

Description

超透镜的添加式制造

技术领域

本公开涉及一种制造光学元件的方法，尤其是其中光学元件是用在光学设备中的超透镜(metalens)。

背景技术

传统的光学透镜，例如凸面、凹面或弯月形折射透镜，可能体积庞大、昂贵，并且需要复杂的过程来制造。此外，这种透镜影响入射辐射的光学能力可能受到限制。

与这种常规透镜相比，包括超表面(meta-surface)的光学元件的使用在光学系统中变得越来越普遍。

超表面通常包括多个纳米结构，例如具有数十或数百纳米范围内的纳米级尺寸的结构。这种纳米结构通常以特定图案布置，以对入射辐射具有限定的效果。也就是说，可以限定形成超表面的特定纳米结构图案和/或纳米结构尺寸以改变入射辐射的特性。设计成改变入射辐射的超表面通常包括尺寸在入射辐射的波长范围内或小于入射辐射的波长的纳米结构。

基于超表面的平坦透镜在本领域中被称为“超透镜”。超透镜可以被配置为例如作为凸透镜、凹透镜、棱镜操作，或者被配置为改变入射辐射的相位等。

由于用于形成超表面的纳米结构的特别小的尺寸，超透镜的制造可能在技术上具有挑战性。也就是说，由于纳米结构的小尺寸，通过常规光刻技术形成的超透镜可能易受制造缺陷的影响，潜在地导致使用中的光学像差和/或不期望的或不可预测的光学特性。

此外，使用形成超透镜所需的特定材料的现有光刻技术的限制可能有效地限制超透镜的纳米结构的实际最小尺寸和/或几何形状。

因此，本公开的至少一个方面的至少一个实施例的目的是消除或至少减轻现有技术的上述缺点中的至少一个。

发明内容

本公开涉及一种制造光学元件的方法，尤其是其中光学元件是用在光学设备中的超透镜。本公开还更一般地涉及光学设备和包括光学设备的装置，诸如蜂窝电话、相机、图像记录设备；和/或视频记录设备。

根据本公开的第一方面，提供了一种制造光学元件的方法，该方法包括以下步骤：在基板上形成第一材料层；通过压印过程在所述第一材料层中形成多个腔；以及在多个腔中形成第二材料层以形成光学超表面。

有利地，通过压印第一材料层以形成多个腔来制造光学元件可以导致形成具有非常明确限定的侧壁的光学超表面的结构。也就是说，由多个腔中的第二材料层形成的任何柱、梁、脊、翼和/或台面的侧壁可以例如相对于基板的表面基本上成90度或接近90度。即，任何这种结构的侧壁可相对于基板的上表面的水平面基本上垂直取向。

此外，通过遵循这样的方法，可以形成任何这种结构而不需要蚀刻步骤，例如湿法蚀刻或等离子体蚀刻，蚀刻步骤可能导致没有明确限定的侧壁的结构，例如由于非完美的各向异性蚀刻等。

在特定实施例中，第二材料可以包括大于基板的折射率的折射率。例如，第二材料的折射率可以比基板的折射率大0.5、1.0或更多。

在特定实施例中，第二材料可以包括小于基板的折射率的折射率。例如，第二材料的折射率可以比基板的折射率小0.5、1.0或更多。

在特定实施例中，第二材料可以包括大于1.5的折射率。在特定实施例中，第二材料可以包括大于2的折射率。第二材料可以包括大于2.5的折射率。第二材料可以包括2至3.5之间的折射率。

压印过程可以包括将多个腔直接压印到第一材料层中。

压印过程可以包括将对应于多个腔的图案压印到掩模层中。掩模层可以形成在第一材料层上。该方法可以包括随后蚀刻第一材料层以形成多个腔。

形成第二材料层的步骤可以包括选择性地生长第二材料。

形成第二材料层的步骤可以包括选择性地沉积第二材料。

有利地，压印过程可以与选择性生长/沉积过程协同工作，以在腔中形成具有非常明确限定的侧壁的结构。

该方法可以包括从基板去除第一材料层的后续步骤，使得第二材料层限定从基板延伸的多个柱、梁、脊、翼和/或台面。

形成第二材料层的步骤可以包括将涂层施加到第一材料层。

第二材料层可以在第一材料层和多个腔上方形成基本平坦的表面。

第二材料层可以在第一材料层上方形成厚度基本均匀的层。

第二材料层可以形成符合第一材料层中的腔的轮廓的层。

该方法可以包括在第二材料层上方形成第三材料层的后续步骤。

第三材料可以包括与第二材料不同的折射率。

第三材料层可以符合第二材料层的轮廓。

第二材料可以包括大于第一材料的折射率的折射率。

腔可以以基本同心的布置形成。

多个腔可以以基本同心的组的图案布置。

第二材料层可以包括小于100nm的厚度。

多个腔可以以小于500nm的间隔布置。

多个腔可以包括在由基板限定的平面中的不同取向。

该方法可以包括在基板上形成种子层(seed layer)的在先步骤。

种子层可以包括第二材料。

形成第二材料层的步骤可以包括以下中的至少一个：原子层沉积；化学气相沉积；物理气相沉积；和/或外延生长。

第一材料和/或第二材料和/或第三材料可以包括以下中的至少一个：氮化镓、氮化硅或氧化钛。

根据本公开的第二方面，提供了一种根据第一方面的方法制造的光学元件。

光学元件可以包括或被配置为超透镜。

光学元件可以被配置用于在可见光范围的至少一部分中操作。

光学元件可以被配置用于在近红外范围的至少一部分中操作，例如，用于在包括大约0.75微米和1.4微米之间的波长的辐射下操作。

光学元件可以被配置为在以下的至少一部分中操作：短波长红外范围；中波长红外范围；长波长红外范围；和/或远红外范围；根据本公开的第三方面，提供了一种光学设备，其包括至少一个根据第二方面的光学元件。至少一个光学设备还可以包括辐射传感器和/或辐射源。至少一个光学元件可以被配置为与辐射传感器和/或辐射源一起使用。

至少一个光学元件可以被配置为进行以下中的至少一个：改变入射辐射的相位；过滤入射辐射；聚焦入射辐射；分散入射辐射。

光学设备可以包括多个光学元件。多个光学元件可以包括包含不同配置的光学元件。也就是说，多个光学元件中的至少一个可以与多个光学元件中的至少另一个不同地配置。

根据本公开的第四方面，提供了一种装置，其包括根据第三方面的光学设备。该装置可以包括以下中的至少一个：蜂窝电话、相机、图像记录设备；和/或视频记录设备。

以上发明内容旨在仅仅是示例性的而非限制性的。本公开包括单独或以各种组合的一个或多个对应的方面、实施例或特征，无论是否以该组合或单独地具体陈述(包括要求保护)。应当理解，可以在任何其他方面或实施例中单独地或与任何其他限定的特征组合地使用根据本公开的任何方面在上面限定的或下面涉及本公开的任何特定实施例的特征，或者形成本公开的另一方面或实施例。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述本公开的这些和其他方面，附图示出：

图1a-d是根据本公开的第一实施例的形成光学元件的方法；

图2a-c是根据本公开的第二实施例的形成光学元件的方法；

图3a-d是根据本公开的第三实施例的形成光学元件的方法；

图4a-g是根据本公开的第四实施例的形成光学元件的方法；

图5a-c是根据本公开的第五实施例的形成光学元件的方法；

图6是根据本公开的第六实施例的形成光学元件的方法；

图7a-d是根据本公开的实施例的光学设备；以及

图8是根据本公开的实施例的装置。

具体实施方式

图1a至图1d描绘了根据本公开的第一实施例的制造光学元件的方法。

在第一步骤中，在基板110上形成第一材料层105。第一材料层105可以包括可固化材料。例如，可固化材料可以是紫外(UV)辐射可固化材料或热可固化材料。

在可选的先前步骤中，可以在基板110上形成种子层。种子层可以例如通过原子层沉积；化学气相沉积、物理气相沉积和/或外延生长来形成。种子层可以包括适合于在其上形成(例如，外延生长等)第二材料的材料，其中第二材料在下面更详细地描述。种子层可以包括第二材料。在另一方法中，基板110可以被提供为“外延就绪”基板，例如已经用种子层预处理的基板110。

在该特定实施例中，基板110包括硅。在另一实施例中，基板110可以包括例如熔融二氧化硅、蓝宝石或任何玻璃，例如基于二氧化硅的玻璃。

第一材料可以包括聚合物，例如热塑性聚合物等。

第一材料层105可通过旋涂基板110而形成或沉积于基板110上。在一些实施例中，第一材料层105可以例如通过蒸发沉积到基板110上。在一些实施例中，基板110可以浸入或以其他方式浸没在第一材料中，其中第一材料处于液态，以在基板110上形成第一材料层105。

第一材料层105可以以液态施加到基板110。例如，在将第一材料层105施加到基板110之前，可以加热第一材料直到第一材料转变为液态。

第一材料层105可以包括抗蚀剂材料。

第一材料层105可以形成在基板110的表面的一部分(例如上表面)上。在一些实施例中，第一材料层105可以形成在基板110的全部或基本上全部表面上。

在也在图1a中描绘的下一步骤中，通过压印过程在第一材料层105中形成多个腔115。

可以通过将多个腔115直接压印到第一材料层105中来形成多个腔115。例如，多个腔115可以通过压印过程形成，例如，如下面更详细描述的纳米压印光刻过程。

在一个示例实施例中，多个腔115可以通过热塑性纳米压印光刻过程形成。也就是说，将第一材料层105涂覆到基板110上，然后将包括预定义拓扑图案的模具(未示出)压到第一材料层105上。然后直接加热和/或经由基板110加热和/或经由模具加热第一材料层105，使得第一材料层105软化。然后将模具上的拓扑图案压入软化的第一材料层105中，从而将对应于模具的预定义拓扑图案的图案转移到第一材料层105。如图1a所示，对应于预定义拓扑图案的图案包括多个腔115。在第一材料层105已经充分冷却之后，模具可以与第一材料层105分离。

在另一示例实施例中，多个腔115通过光纳米压印光刻过程形成。也就是说，第一材料层105被涂覆到基板110上，其中第一材料层105包括可光固化材料。在该阶段，第一材料层105可以处于基本上可延展的、软化的或液体状态。然后，将包括预定义拓扑图案的模具压到第一材料层105上。随后通过暴露于辐射(诸如紫外(UV)辐射)来固化第一材料层。模具可以例如对波长适合于固化第一材料层105的辐射是透明的。在第一材料固化之后，模具可以与第一材料层105分离。

如图1a所示，包括第一材料的残留层120或浮渣可以存在于多个腔115中的至少一个中。

在示例实施例中，可以通过等离子体除渣过程(诸如采用氧等离子体或高功率氩等离子体的除渣过程)从基板110去除残留层120。作为除渣过程的结果，将暴露基板110的对应于多个腔115的部分，如图1b所示。也就是说，基板110的上表面的部分将被暴露，如图1b所示。

多个腔115可以以限定的布置形成，例如具有限定的几何形状和取向，使得由腔形成的所得超表面(如下面关于图1c和1d更详细地描述的)可以对入射辐射具有期望的效果。例如，在一个实施例中，多个腔115可以以基本同心的布置提供和/或多个腔115可以以基本同心的组的图案布置。

在一个示例实施例中，多个腔115可以以小于1微米的间隔布置。在另一实施例中，多个腔115可以以小于500纳米的间隔布置。

在一个示例实施例中，第一材料层105可以具有小于500纳米的厚度。在另一实施例中，第一材料层105可以具有小于100纳米的厚度。

在图1c所示的下一步骤中，在多个腔115中形成第二材料层125以形成光学超表面。第二材料可以包括高折射率。例如，第二材料可以包括2或更大的折射率。

在一个实施例中，第二材料层125包括氮化镓。在其他实施例中，第二材料层125可以例如包括硅、二氧化硅、氮化硅、氧化钛等。

第一材料和/或第二材料对于波长在可见光范围和/或近红外范围(例如，大约380至740纳米)内的辐射可以是透明的或基本透明的。附加地和/或替代地，第一材料和/或第二材料可以对于波长在UV、近红外、短、中或长波长红外或远红外范围内的辐射是透明的或者基本透明的。在特定实施例中，多个腔115的尺寸(例如，横向和/或垂直尺寸和/或腔之间的间隔)可以小于第一和/或第二材料对其透明的辐射的波长。

在一个实施例中，第二材料层125通过选择性生长过程形成。如图1c所示，选择性生长过程确保第二材料层125形成在基板110的暴露部分上，但通常不形成在第一材料层105的剩余部分上。

第二材料层125的选择性生长过程可包括选择性化学气相沉积过程。在其他实施例中，可以使用其他沉积过程。例如，第二材料层125的选择性生长过程可以可替代地或另外地包括物理气相沉积和/或外延生长过程。

在图1d所示的另一可选步骤中，可以剥离第一材料层105，例如化学剥离等，从而暴露基板110的部分。也就是说，在图1d的示例实施例中，从基板110去除第一材料层105，使得第二材料层125限定从基板110延伸的多个柱、梁、脊、翼和/或台面。

有利地，压印第一材料层105以形成多个腔115的过程以及随后在多个腔115中选择性生长第二材料层125的过程导致从基板110延伸的多个柱、梁、脊、翼和/或台面，其具有非常明确限定的侧壁。也就是说，任何柱、梁、脊、翼和/或台面的侧壁可以例如相对于基板110的表面基本上成90度或接近90度。即，任何柱、梁、脊、翼和/或台面的侧壁可相对于基板110的上表面的水平面基本上垂直取向。

有益地，通过遵守关于图1a至图1d描述和/或在图1a至图1d描绘的方法，在不使用蚀刻过程(例如湿法蚀刻或等离子体蚀刻)的情况下形成柱、梁、脊、翼和/或台面，否则蚀刻过程可能导致柱、梁、脊、翼和/或台面没有明确限定的侧壁，例如非完美的各向异性蚀刻。

在另外的实施例(未示出)中，可以随后在第二材料层125上方沉积附加涂层或层，其中附加涂层和/或层可以包括与第二材料的折射率显著不同的折射率。

图1d中描绘的光学元件是超透镜。

图2a至图2c描绘了根据本公开的制造光学元件的方法的第二实施例。

在第一步骤中，在基板210上形成第一材料层205。第一材料层205可以包括可固化材料。例如，可固化材料可以是紫外(UV)辐射可固化材料或热可固化材料。

在也如图2a所描绘的下一步骤中，通过压印过程在第一材料层205中形成多个腔215。

在下一步骤中，可以例如通过等离子体除渣等过程从基板210去除残留层220。

图2a和图2b中所示的步骤对应于已经参考图1a和图1b描述的实施例的步骤，因此为了简洁起见，不再进一步详细描述。用于形成多个腔215的压印过程可以是例如热塑性纳米压印光刻或光纳米压印光刻过程，如上所述。

在图2c所示的下一步骤中，在多个腔215中形成第二材料层225以形成光学超表面。在该特定实施例中，第二材料层225作为涂层施加到第一材料层205。如图2c所示，第二材料层225可在第一材料层205和多个腔215上方形成基本平坦的表面230。

在一些实施例中，第二材料具有与第一材料的折射率显著不同的折射率。例如，在一个实施例中，第二材料可以具有与第一材料的折射率相差至少1的折射率。在一些实施例中，第二材料可以具有与第一材料的折射率相差1.5、2、2.5或更多的折射率。

第二材料层225可以至少部分地通过例如原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积和/或外延生长形成。附加和/或替代地，第二材料层225可至少部分地通过将第二材料层225旋涂到第一材料层205上来形成。

与关于图1a至图1d描述的实施例相对比，第二材料层225不是选择性地生长的，并且因此，第二材料层225形成在第一材料层205上和形成在第一材料层205中的多个腔215中，例如在基板210的暴露部分上。

平坦表面230可以特别适合于安装另外的光学组件，如将参考图5b更详细地描述的。

图2c中描绘的光学元件是超透镜。

图3a至图3d描绘了根据本公开的实施例的制造光学元件的方法的另一实施例。

图3a和图3b中所示的步骤对应于已经参考图1a和图1b描述的实施例的步骤，因此不再进一步详细描述。用于在基板310上的第一材料层305中形成多个腔315的压印过程可以是例如热塑性纳米压印光刻或光纳米压印光刻过程，如上所述。

在图3c所示的下一步骤中，在多个腔315中形成第二材料层325以形成光学超表面。在该特定实施例中，第二材料层325作为保形涂层施加到第一材料层305。也就是说，第二材料层325符合下面的第一材料层305的轮廓，例如几何和/或形貌轮廓。

第二材料层325可以通过例如原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积和/或外延生长来形成。再次，与关于图1a至图1d描述的实施例相对比，第二材料层325不是选择性地生长的，并且因此，第二材料层325形成在第一材料层305上和形成在第一材料层205中的多个腔315中，例如在基板310的暴露部分上。

在一个实施例中，第二材料层325可以基本均匀地形成在第一材料层305上和形成在第一材料层305中的多个腔315中。也就是说，第二材料层325可以包括基本均匀的厚度。

第二材料层325可以包括对应于第一材料层325中的多个腔315的多个腔330。也就是说，由于第二材料层基本上符合第一材料层325的几何轮廓，第二材料层325包括腔，如图3c所示。

在可选的附加步骤中，可在第二材料层325上方形成第三材料层335，如图3d中所示。第三材料层325可以通过例如旋涂、原子层沉积、化学气相沉积；物理气相沉积；和/或外延生长中的任何一种形成。第三材料层335可填充第二材料层325中的多个腔330。第三材料层335可以在第二材料层325和多个腔330上方形成基本平坦的表面340。

可以选择第三材料以包括与第二和/或第一材料不同的折射率。例如，在一些实施例中，第三材料可以具有与第二和/或第一材料的折射率相差1或更多的折射率。

平坦表面340可以特别适合于安装另外的光学组件，如将参考图5c更详细地描述的。

图3d中描绘的光学元件是超透镜。

图4a至图4g描绘了根据本公开的另一实施例的制造光学元件的方法。

在图4a所示的可选第一步骤中，在基板410上形成种子层450。种子层450可以例如通过原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积和/或外延生长来形成。种子层450可以包括适合于在其上形成(例如，在其上外延生长等)第二材料的材料，其中第二材料在下面更详细地描述。种子层450可以包括第二材料。在特定方法中，可以将基板提供为“外延就绪”基板，例如已经用种子层预处理的基板。

在图4b中所描绘的下一步骤中，在基板410上形成第一材料层405。在图4b中所描绘的实例实施例中，第一材料层405形成于种子层450上，如上所述，该种子层可以可选地存在。第一材料层405可以包括(例如)硅和/或二氧化硅。在其他实施例中，第一材料可以包括氮化镓、氮化硅、氧化钛等。

如图4c中所描绘，可在第一材料层405上形成掩模层455。掩模层455可以包括聚合物，例如热塑性聚合物等。

可通过旋涂基板410来在基板410(或种子层450)上形成或沉积第一材料层405。在一些实施例中，第一材料层405可例如通过原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积和/或外延生长来沉积(例如通过蒸发)在基板410(或种子层450)上。

可通过旋涂第一材料层405来在第一材料层405上形成或沉积掩模层455。可替代地，掩模层455可沉积在第一材料层405上，例如通过原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积和/或外延生长。

如图4c所描绘，可以通过压印过程在掩模层455中形成多个腔415。压印过程可以例如是热塑性纳米压印光刻过程或光纳米压印光刻过程。这样的过程已经在上面关于图1a进行了描述，并且此时将不再进一步详细描述。

如图4d中所描绘，残留层420(例如残留层420或掩模层455的浮渣)可通过等离子体除渣过程(例如采用氧等离子体或高功率氩等离子体的除渣过程等)从第一材料层405去除。作为除渣过程的结果，第一材料层405的对应于多个腔415的部分将被暴露，如图4d所示。也就是说，第一材料层405的上表面的部分将被暴露，如图4d所示。

在图4e中所描绘的后续步骤中，蚀刻过程(例如湿法蚀刻或等离子体蚀刻)可用于将多个腔460蚀刻到第一材料层405中，其中多个腔460由形成于掩模层455中的多个腔415限定。然后可以剥离(例如化学剥离)掩模层455，从而产生如图4e所示的结构。如果需要，还可以进行进一步的除渣过程，以去除可能存在于多个腔460中的至少一个中的包括第一材料的任何残留层或浮渣(未示出)。

如图4f中所描绘的第二材料层425的选择性生长的剩余步骤及图4g中所描绘的剥离第一材料层405的可选步骤基本上对应于关于图1c及图1d所描述的步骤，且出于简洁的目的将不再进一步详述。还应当理解，在另一实施例中，可以将涂层施加到图4e所示的结构，如先前参考图2c所述。类似地，还应当理解，在又一替代实施例中，可以将保形涂层施加到图4e中所示的结构，如先前参考图3c和图3d所述。

图4g中描绘的光学元件是超透镜。

图5a至图5c描绘了根据本公开的实施例的形成光学设备的方法。图5a描绘了光学元件570。仅出于示例的目的，光学元件570对应于通过图3a至图3d中概述的过程形成的超透镜。应当理解，在其他实施例中，可以替代地或另外地使用不同的超透镜，例如参考图1d、图2c或图4g中的任何一个描述和/或在图1d、图2c或图4g中的任何一个中描绘的超透镜。

光学元件570可以耦合到另外的光学组件575和/或与另外的光学组件575组合，如图5b所示。在图5b所示的示例实施例中，另外的光学组件575是透镜。另外的光学组件575已经粘附或以其他方式耦合到光学元件570的下表面。应当理解，在其他实施例中，另外的光学组件575可以粘附或以其他方式耦合到光学元件570的下表面。

另外的光学组件575可以例如是微透镜阵列(MLA)、漫射器、衍射光学元件(DOE)、菲涅耳透镜、折射透镜等。

在图5c所示的另一示例实施例中，光学元件570可以耦合到多个另外的光学组件575、580和/或与多个另外的光学组件575、580组合。在所示的示例中，光学元件570与下光学组件575和上光学组件580组合，下光学组件575粘附或以其他方式耦合到光学元件570的下表面，上光学组件580粘附或以其他方式耦合到光学元件570的上表面。

图6描绘了对应于制造光学元件的方法的流程图。第一步骤600包括在基板上形成第一材料层。后续步骤605包括通过压印过程在第一材料层中形成多个腔。随后的步骤610包括在多个腔中形成第二材料层以形成光学超表面。

图7a描绘了根据本公开的实施例的总体上表示为700的光学设备。光学设备700包括光学元件705。光学元件705可以是例如参考图1d、图2c、图3d、图4g、图5a、图6b、图5a、图5b或图5c中的任一个描述的光学元件。

示例光学设备700包括辐射源710。辐射源710可以包括发光二极管。

辐射源710和光学元件705由支撑构件715支撑。应当理解，在其他实施例中，支撑构件715可以具有不同的配置。例如，支撑构件715可以包括用于将辐射源710与光学元件705间隔开的一个或多个间隔元件。

在又一些实施例中，辐射源710和光学元件705可以直接耦合，例如通过支撑构件715保持彼此紧邻。在又一些实施例中，光学设备700可以不包括支撑构件715，而是辐射源710和光学元件705可以诸如通过粘附或其他方式直接耦合。在又一些实施例中，光学元件705可以直接形成在辐射源710上。

辐射源710可以被配置为发射辐射720。在图7a的示例实施例中，辐射源710相对于光学元件705设置，使得由辐射源710发射的辐射720入射到光学元件705上。

光学元件705可以改变入射辐射720，导致由光学设备700发射的发射辐射725。例如，光学元件705可以被配置为改变入射辐射720的相位。在其他实施例中，光学元件705可以被配置为附加地或替代地对入射辐射720进行过滤、聚焦或分散中的至少一个。

图7b描绘了根据本公开的另一实施例的总体上表示为750的光学设备。光学设备750包括光学元件755。光学元件755可以例如是如参考图1d、图2c、图3d、图4g、图5a、图5b、图5c中的任一个所描述的光学元件。

示例光学设备750包括辐射传感器760。辐射传感器760可以包括例如光电二极管。辐射传感器760可以包括有源像素传感器。辐射传感器760可以包括传感器阵列。

辐射传感器760和光学元件765由支撑构件765支撑。应当理解，在其他实施例中，支撑构件765可以具有不同的配置。例如，支撑构件765可以包括用于将辐射传感器760与光学元件755间隔开的一个或多个间隔元件。

在又一些实施例中，辐射传感器760和光学元件755可以直接耦合，例如通过支撑构件765保持彼此相邻。在又一些实施例中，光学设备750可以不包括支撑构件765，而是辐射传感器760和光学元件755可以直接耦合，诸如通过粘合或其他方式。在又一些实施例中，光学元件755可以直接形成在辐射传感器760上。

光学元件705可以被配置为改变入射到光学元件705上的辐射725。例如，光学元件705可以被配置为改变辐射725，使得入射到辐射传感器760上的辐射770表现出与入射到光学元件705上的辐射775不同的特性。例如，光学元件755可以被配置为改变入射辐射775的相位。在其他实施例中，光学元件705可以替代地或附加地被配置为对入射辐射775进行过滤、聚焦或分散中的至少一个。在特定实施例中，光学元件755可以被配置为聚焦辐射775，使得辐射770的焦点入射到辐射传感器760上。

图7c描绘了根据本公开的实施例的总体上表示为800的光学设备。光学设备800包括光学元件805。光学元件805可以是例如参考图1d、图2c、图3d、图4g、图5a、图6b、图5a、图5b或图5c中的任一个描述的光学元件。

示例光学设备800包括辐射源810。辐射源810可以包括发光二极管。

示例光学设备800包括辐射传感器840。辐射传感器840可以包括例如光电二极管。辐射传感器840可以包括有源像素传感器。辐射传感器840可以包括传感器阵列。

辐射源810、辐射传感器840和/或光学元件805可以由支撑构件815支撑。应当理解，在其他实施例中，支撑构件815可以具有不同的配置。例如，支撑构件815可以包括用于将辐射源810和/或辐射传感器840与光学元件805间隔开的一个或多个间隔元件。

辐射源810可以被配置为发射辐射820。在图7c的示例实施例中，辐射源810相对于光学元件805设置，使得由辐射源810发射的辐射820入射到光学元件805上。

光学元件805可以改变入射辐射820，导致由光学设备800发射的发射辐射825。例如，光学元件805可以被配置为改变入射辐射820的相位。在其他实施例中，光学元件805可以被配置为附加地或替代地对入射辐射820进行过滤、聚焦或分散中的至少一个。

附加地或替代地，光学元件805可以反射入射辐射的至少一部分。入射辐射的反射部分830可以由辐射传感器840感测。

附加地或替代地，光学元件805可以被配置为改变从光学设备800外部入射到光学元件805上的辐射835。例如，光学元件805可以被配置为改变辐射835，使得入射到辐射传感器840上的辐射830表现出与从光学设备800外部入射到光学元件805上的辐射835不同的特性。例如，光学元件805可以被配置为改变入射辐射835的相位。在其他实施例中，光学元件805可以替代地或附加地被配置为对入射辐射835进行过滤、聚焦或分散中的至少一个。在特定实施例中，光学元件805可以被配置为聚焦辐射835，使得辐射830的焦点入射到辐射传感器840上。

图7d描绘了根据本公开的另一实施例的总体上表示为850的光学设备。光学设备850包括形成在公共基板865上的第一光学元件855和第二光学元件860。第一光学元件855和第二光学元件860可以例如是如参考图1d、图2c、图3d、图4g、图5a、图5b、图5c中的任一个所描述的光学元件。

也就是说，在本公开的实施例中，通过在公共基板上形成多个光学超表面，可以在公共基板上形成多个光学元件。多个光学超表面可以包括具有相同特性的一个或多个光学超表面。多个光学超表面可以包括具有不同特性的一个或多个光学超表面。

仅出于示例的目的，图7d还包括辐射传感器870和辐射源875，其具有如上面参考图7a至图7c已经描述的特征和功能。

仅出于示例的目的，第一光学元件855和第二光学元件860被描绘为设置(例如形成)在公共基板865的下表面上。应当理解，一个或多个超表面可以替代地和/或附加地设置(例如形成)在公共基板865的上表面上。类似地，图7a、图7b和图7c中描绘的光学元件705、755、705可以包括设置在光学元件705、755、805的上表面和/或下表面上的超表面。

图8描绘了包括光学设备905、总体表示为900的装置。光学设备905可以例如是如参考图7a至图7d所描述的光学设备700、750、800、850。

光学设备905可通信地耦合到处理器电路910。处理器电路910被配置为从光学设备905接收信号和/或向光学设备905提供信号和/或功率。仅出于示例的目的，装置900是蜂窝电话。应当理解，在其他示例中，装置900可以是数字相机、安全相机、膝上型计算机或平板设备、图像记录设备等。

申请人单独公开了本文描述的每个单独特征以及两个或更多个这样的特征的任何组合，只要这些特征或组合能够根据本领域技术人员的公知常识基于作为整体的说明书来执行，而不管这些特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，并且不限于权利要求的范围。申请人指出，本公开的各方面可以由任何这样的单独特征或特征的组合组成。鉴于前述说明书，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本公开的范围内进行各种修改。

本领域技术人员将理解，在前述说明书和所附权利要求中，诸如“上方”、“沿着”、“侧面”等的位置术语是参考诸如附图中所示的概念性图示而做出的。使用这些术语是为了便于参考，但不旨在具有限制性质。因此，这些术语应被理解为是指当处于如附图中所示的取向时的对象。

尽管已经根据如上所述的特定实施例描述了本公开，但是应当理解，这些实施例仅是说明性的，并且权利要求不限于那些实施例。本领域技术人员将能够鉴于本公开进行修改和替代，这些修改和替代被认为落入所附权利要求的范围内。本说明书中公开或示出的每个特征可以结合在任何实施例中，无论是单独地还是以与本文公开或示出的任何其他特征的任何适当组合。

附图标记列表

105 第一材料层

110 基板

115 多个腔

120 残留层

125 第二材料层

205 第一材料层

210 基板

215 多个腔

220 残留层

225 第二材料层

230 平面表面

305 第一材料层

310 基板

315 多个腔

325 第二材料层

330 多个腔

335 第三材料层

340 平坦表面

405 第一材料层

410 基板

415 多个腔

420 残留层

425 第二材料层

450 种子层

455 掩模层

460 多个腔

570 光学元件

575 光学组件

580 光学组件

600 第一步骤

605 后续步骤

610 后续步骤

700 光学设备

705 光学元件

710 辐射源

715 支撑构件

720 辐射

725 辐射

750 光学设备

755 光学元件

760 辐射传感器

765 支撑构件

770 辐射

775 辐射

800 光学设备

805 光学元件

810 辐射源

840 辐射传感器

815 支撑构件

820 入射辐射

825 发射辐射

830 反射部分

835 辐射

850 光学设备

855 第一光学元件

860 第二光学元件

865 公共基板

870 辐射传感器

875 辐射源

900 装置

905 光学设备

910 处理器电路

Claims (20)

1.一种制造光学元件的方法，所述方法包括以下步骤：

在基板上形成第一材料的层；

通过压印过程在所述第一材料的层中形成多个腔；

在所述多个腔中形成第二材料的层以形成光学超表面；以及

在所述第二材料的层上方形成第三材料的层，该第三材料的层符合所述第二材料的层的轮廓；所述第三材料具有与所述第二材料不同的折射率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压印过程包括：

将所述多个腔直接压印到所述第一材料的层中；或者

将对应于所述多个腔的图案压印到形成在所述第一材料的层上的掩模层中，并且随后蚀刻所述第一材料的层以形成所述多个腔。

3.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第二材料的层的所述步骤包括选择性地生长或选择性地沉积所述第二材料。

4.根据权利要求3所述的方法，包括从所述基板去除所述第一材料的层的后续步骤，使得所述第二材料的层限定从所述基板延伸的多个柱、梁、脊、翼和/或台面。

5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第二材料的层的所述步骤包括将涂层施加到所述第一材料的层。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二材料的层形成：

在所述第一材料的层和所述多个腔上方的基本平坦的表面；和/或

在所述第一材料的层上方的厚度基本均匀的层；和/或

符合所述第一材料的层中的所述腔的轮廓的层。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二材料具有大于所述第一材料的折射率的折射率。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二材料具有大于2的折射率。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个腔以基本同心的布置形成和/或所述多个腔以基本同心的组的图案布置。

10.根据权利要求1所述的方法，其中以下中的至少一个：

所述第二材料的层具有小于100纳米的厚度；

所述多个腔以小于500纳米的间隔布置；

所述多个腔在由所述基板限定的平面中具有不同取向。

11.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第二材料的层的所述步骤包括以下中的至少一个：原子层沉积；化学气相沉积；物理气相沉积；和/或外延生长。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料和/或所述第二材料包括氮化镓、氮化硅或氧化钛。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第三材料包括氮化镓、氮化硅或氧化钛。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述基板上形成种子层。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述种子层包括所述第二材料。

16.一种根据权利要求1至15中任一项所述的方法制造的光学元件。

17.根据权利要求16所述的光学元件，其被配置为超透镜。

18.根据权利要求16或17所述的光学元件，其中所述光学元件被配置用于在可见光范围和/或近红外范围的至少一部分中操作。

19.一种光学设备，包括至少一个根据权利要求16所述的光学元件，所述光学设备还包括辐射传感器和/或辐射源，其中所述至少一个光学元件被配置为与所述辐射传感器和/或所述辐射源一起使用。

20.一种装置，包括根据权利要求19所述的光学设备，其中，所述装置是以下中的至少一个：蜂窝电话、相机、图像记录设备；和/或视频记录设备。