CN113366365A - 光学操纵设备 - Google Patents

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CN113366365A
CN113366365A CN201980090828.1A CN201980090828A CN113366365A CN 113366365 A CN113366365 A CN 113366365A CN 201980090828 A CN201980090828 A CN 201980090828A CN 113366365 A CN113366365 A CN 113366365A
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axis
electromagnetic wave
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beams
incident electromagnetic
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劳伦特·布隆德
瓦尔特·德拉齐克
米特拉·达姆加尼安
奥克萨那·什拉姆科娃
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InterDigital CE Patent Holdings SAS
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Abstract

提出了一种被配置用于辐射所聚焦的电磁波束的设备。这种设备包括：‑第一部分(101)和第二部分(102)，分别具有第二折射率n2和第三折射率n3以及第一W1和第二W2；‑第一接触区域(100e1)，其旨在位于具有第一折射率n1的主介质之间，并且其中微米颗粒或纳米颗粒旨在被所述设备辐射的聚焦电磁波束捕获或移动；‑第二接触区域(100e2)，其位于所述第一部分和所述第二部分之间；以及‑第三接触区域(100e3)，其旨在位于所述第二部分和所述主介质之间。当入射电磁波(IEM)照射所述设备时，所聚焦的电磁波束由第一、第二和第三接触区域分别辐射的第一射束(NJ1)、第二射束(NJ2)和第三射束(NJ3)当中的至少两个射束的组合产生。该设备被配置成使所聚焦的电磁波束的传播方向相对于所述入射电磁波的传播方向倾斜。

Description

光学操纵设备
1.技术领域
本公开涉及光学和光子学领域，并且更具体地涉及可以例如用于捕获或移动微米颗粒或纳米颗粒的光学操纵设备。
本公开在必须捕获和/或操纵中性颗粒的任何领域中都是有意义的，例如在原子物理学、非线性物理学、生物学和医学等中。
2.技术背景
本部分旨在向读者介绍可能与下面描述和/或要求保护的本发明的各个方面相关的技术的各个方面。相信该讨论有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解，这些陈述应就此而论来阅读，而不是作为对现有技术的承认。
光子聚集光束或光子“纳米射流(nanojets)”通常涉及小于衍射极限的横向光束宽度的产生，并且涉及在若干波长上传播而没有显著发散。纳米射流的结构化场可以引起特定的光学力，从而提供沿着纳米射流EM(“电磁”)场轨迹操纵微米或纳米颗粒的可能性。
由于光学操纵设备(如，光镊)是生物和医学应用中的强大的非侵入性工具，因此基于纳米射流的微米或纳米颗粒操纵的研究激发了研究者的兴趣。然而，先前关于纳米射流引起的光学力的工作集中在沿着用于产生纳米射流的设备的对称轴的捕获颗粒上。
最近，引入了产生弯曲光子射流(“光子钩”)的非对称介电***，以产生用于在弯曲轨迹中移动颗粒的光学力，例如在以下文章中所公开的：A.S.Ang,A.Karabchevsky,I.V.Minin,O.V.Minin,S.V.Sukhov以及A.S.Shalin:“‘Photonic Hook’basedoptomechanical nanoparticle manipulator(“基于光子钩”的光机械纳米颗粒操纵器)”,Scient.Rep.,2018。已经证明，颗粒可以绕过玻璃障碍物或被稳定地被捕获在玻璃和金障碍物附近，这允许在微颗粒或纳米颗粒的光学操纵中的新应用。
因此，需要一种新型的光学操纵设备，其提供更灵活的纳米颗粒操纵，特别是通过产生弯曲的射束(jet beam)而提供更灵活的纳米颗粒操纵。
3.发明内容
本公开的特定方面涉及一种设备，其被配置用于当入射电磁波照射该设备的第一面(称为照射面)时，在具有第一折射率n1的介电主介质中辐射聚焦电磁波束。这种设备包括：
-第一材料，具有第二折射率n2，并且具有沿着所述第一面的延伸方向(称为X轴)的第一宽度W1；以及
-第二材料，其与所述第一部分接触并且具有第三折射率n3，具有沿着所述X轴的第二宽度W2，
其中n1<n3<n2，并且W1+W2大于所述入射电磁波在所述主介质中的等效波长λ。所述第一和第二材料沿垂直于所述照射面的方向，即Z轴，从所述照射面延伸到每个部分的与所述照射面相对的辐射面。所述第一和第二材料沿Z轴分别具有第一高度H1和第二高度H2，其中|H2-H1|≤λ/4。所述设备经配置以在所述设备与所述介电主介质接触时且在所述入射电磁波照射所述照射面时具有：
-第一接触区域，其在所述介电主介质和所述第一材料之间，所述第一接触区域在近场区中辐射第一射束；
-第二接触区域，其在所述第一材料和所述第二材料之间，所述第二接触区域在所述近场区中辐射第二射束；
-第三接触区域，其在所述材料和所述介电主介质之间，所述第三接触区域在所述近场区中辐射第三射束。
所聚焦的电磁波束由第一、第二和第三射束当中的至少两个射束的组合产生。该设备被配置成使所聚焦的电磁波束的传播方向相对于所述入射电磁波的传播方向倾斜。
因此，本公开提出了一种用于捕获或移动微米颗粒或纳米颗粒的新颖且有创造性的解决方案。
更特别地，当包括在所要求保护的光学操纵设备中的设备被入射电磁波照射时，在相对于入射电磁波的传播方向倾斜的方向上生成所得到的聚焦电磁波束(或所得到的射束)。在这种情况下，出射的聚焦电磁波束的电磁场线呈现弯曲，从而允许所述微米或纳米颗粒被捕获或移动，甚至在聚焦电磁波束从其离开所述设备的辐射面附近存在的物体周围或后面被捕获或移动。这允许更灵活地操纵所述微米颗粒或纳米颗粒。
根据一个实施例，所聚焦的电磁波束的传播方向作为以下各项的至少一部分的函数而相对于所述入射电磁波的传播方向倾斜：
-第一折射率n1、第二折射率n2和第三折射率n3；
-所述第一宽度W1和所述第二宽度W2；以及
-所述第一高度H1和所述第二高度H2。
根据一个实施例，所聚焦的电磁波束由所述第一、第二和第三射束的组合产生。
根据一个实施例，
Figure BDA0003187116960000031
W1＝W2和H1≥HA，所述第一和第二射束的交点沿Z轴且相对于所述照射面具有高度HA。
根据一个实施例，
Figure BDA0003187116960000032
和W2>W1。
根据一个实施例，
Figure BDA0003187116960000033
W2<W1和H1≥HA，所述第一和第二射束的交点沿Z轴且相对于所述照射面具有高度HA。
根据一个实施例，
Figure BDA0003187116960000034
W2<W1和H1的目标是等于HA-λ/2，所述第一和第二射束的交点沿Z轴且相对于所述照射面具有高度HA。
根据一个实施例，所述高度HA满足
Figure BDA0003187116960000041
ΘB1和ΘB2分别是所述第一和第二射束相对于所述入射电磁波的传播方向的辐射倾角。
因此，例如当入射电磁波相对于所述设备的所述照射面呈现垂直入射时，所述设备被配置用于使所聚焦的电磁波束相对于所述入射电磁波的传播方向倾斜。
根据一个实施例，ΘB1和ΘB2的目标分别等于
Figure BDA0003187116960000042
和
Figure BDA0003187116960000043
Figure BDA0003187116960000044
其中角度α1和α2分别是所述第一和第二接触区域相对于X轴的底角，并且其中ΘTIR1和ΘTIR2分别是与所述第一和第三接触区域相关联的折射的极限角。
因此，例如当所述第一和第二部分具有相对于照射面的非垂直接触区域时，所述设备被配置用于使所聚焦的电磁波束相对于入射电磁波的传播方向倾斜。
根据一个实施例，
Figure BDA0003187116960000045
和
Figure BDA0003187116960000046
根据一个实施例，所述入射电磁波在主介质中的等效波长λ属于可见光谱。例如，所述入射电磁波在主介质中的等效波长属于从390nm到700nm的范围。
根据一个实施例，所述第一材料和第二材料中的至少一个属于包括以下各项的组：玻璃、塑料、聚合物材料、氧化物和氮化物。
本公开的另一特定方面涉及一种光学操纵***，其包括如上所述的设备(在所公开的实施例中的任意者中)和被配置用于生成所述入射电磁波的电磁源。
本公开的另一特定方面涉及使用如上所述的设备(在所公开的实施例中的任意者中)或如上所述的光学操纵***(在所公开的实施例中的任意者中)来在介电主介质中捕获或移动微米颗粒或纳米颗粒。
4.附图列表
实施例的其它特征和优点将从以下描述和附图中显现，以下描述通过指示性和非穷举性示例的方式给出，附图中：
-图1示出了根据本公开的实施例的与介电主介质接触的设备在XZ平面中的截面图，该设备包括两种不同材料的两个部分；
-图2示出了当W1＝W2时由图1的设备生成的射束的偏移(deviation)角对n3的依赖性；
-图3a和3b示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、W1＝W2＝600nm以及在截面Z0＝550nm且n3＝1.3(图3a)，并且在截面Z0＝1000nm，n3＝1.6(图3b)时，由图1的设备产生的射束沿X轴的功率密度分布；
-图4a至4c示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6、W1＝W2＝600nm时、以及当H1＝H2＝400nm时(图4a)、H1＝H2＝600nm时(图4b)、H1＝H2＝900nm时(图4c)，由图1的设备产生的射束在XZ平面中的功率密度分布；
-图4d示出了图4c中的主射束的示意性分布；
-图5a和5b分别示出了对于n3的各种值和H的各种值，当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、W1＝W2＝300nm并且H1＝H2＝H时，由图1的设备产生的射束的热点位置的X和Z坐标；
-图5c示出了当对于n3的各种值和H的各种值，λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、W1＝W2＝300nm并且H1＝H2＝H时，由图1的设备产生的热点的功率密度分布；
-图6a和6b分别针对n3＝1.3(图6a)和n3＝1.6(图6b)，示出了当n1＝1、n2＝1.8、W1＝W2＝600nm时和当H1＝H2＝H时，由图1的设备产生的射束的热点位置的X坐标，所述X坐标是入射电磁波在主介质中的等效波长λ的函数；
-图7a和7b分别示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.3、W1＝600nm、W2＝1400nm和H1＝H2＝400nm时，由图1的设备产生的射束在XZ平面中的功率密度分布和示意性分布；
-图7c示出了图7a和7b的主射束在截面Z0＝1900nm中并且针对W2的不同值的示意性分布；
-图8a和8b分别示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6、W1＝600nm、W2＝1400nm和H1＝H2＝400nm时，由图1的设备产生的射束在XZ平面中的功率密度分布和示意性分布；
-图8c示出图8a和8b的射束的热点的功率密度分布作为W2的函数；
-图8d和8e分别示出图8a和8b的射束的热点的X和Z坐标作为W2的函数；
-图9a和9b分别示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6、W1＝1400nm、W2＝600nm和H1＝H2＝400nm时，由图1的设备产生的射束在XZ平面中的功率密度分布和示意性分布；
-图9c示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6、W1＝1960nm、W2＝600nm、H1＝H2＝400nm时，由图1的设备产生的射束的示意性分布；
图9d示出了图9a和9b的射束的热点的功率密度分布作为W1的函数；
-图10a和10b示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、W1＝1000nm、W2＝700nm、H1＝H2＝900nm时以及当n3＝1.3(图10a)或n3＝1.6(图10b)时，由图1的设备产生的射束在XZ平面中的功率密度分布；
-图11a和11b示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6、W1＝1000nm、W2＝700nm、H1＝H2＝900nm时，以及当α＝0°(图11a)或α＝10°(图11b)时，由图1的设备产生的聚焦射束相对于入射电磁波的传播方向的偏移角，其中α为入射电磁波相对于垂直于所述设备的照射面的表面的方向的入射角。
图12示出了根据本公开的另一实施例的包括两种不同材料的两个部分的设备在XZ平面中的横截面视图；
-图13a和13b示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、W1＝W2＝600nm、α1＝85°、α2＝90°、α3＝80°以及在截面Z0＝550nm且n3＝1.3(图13a)以及在截面Z0＝1000nm，n3＝1.6(图13b)时由图12的设备产生的射流射束的沿着X轴的功率密度分布；
-图14a至14c示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6、W1＝W2＝600nm、α1＝85°、α2＝90°、α3＝80°时，以及当H1＝H2＝400nm(图14a)、H1＝H2＝600nm(图14b)或H1＝H2＝900nm(图14c)时，由图12的设备产生的射束在XZ平面中的功率密度分布；
-图15a和15b示出了当n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6和W1＝W2＝600nm时作为图12的设备的底角α1、α2和α3的函数的特定高度HA；
-图15c和15d示出了当n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6和W1＝W2＝600nm时，偏移角B6与图12的设备的底角α1、α2和α3的函数关系；
-图16示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6、W1＝W2＝600nm、H1＝H2＝800nm、α1＝85°、α2＝90°时，对于底角α3的不同值，由图12的设备产生的射束沿着X轴且在截面Z0＝1000nm中的功率密度分布；
-图17a和图17b示出了当λ＝550nm、n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6、W1＝W2＝600nm时并且当H1＝H2＝900nm(图17b)时由具有n＝n1＝n2＝1.6的折射率的单个部分材料(图17a)以及由包括图1的设备的光学操纵设备生成的光学力。
-图18a和18b示出了当n＝1.6且H＝900nm(图18a)时，以及当n＝1.8且H＝900nm(图18b)时，在存在障碍物的情况下由具有折射率n的单个部分材料产生的光学力；
-图18c和图18d示出了当n2＝1.8、n3＝1.6并且H1＝H2＝900nm(图18c)时并且当n2＝1.8、n3＝1.6并且H1＝H2＝600nm(图18d)时由根据本公开的光学操纵设备在存在障碍的情况下产生的光学力；
-图19a和19b示出了当n＝1.6且H＝900nm(图19a)时，以及当n＝1.8且H＝900nm(图19b)时，在存在障碍物的情况下由具有折射率n的单个部分材料产生的光学力；
-图19c和图19d示出了当n2＝1.8、n3＝1.6且H1＝H2＝900nm(图19c)时并且当n2＝1.8、n3＝1.6且H1＝H2＝600nm(图19d)时由根据本公开的光学操纵设备在存在障碍的情况下产生的光学力。
附图中的部件不一定是按比例的，重点在于说明本发明的原理。
5.具体实施方式
在本文的所有附图中，相同的附图标记表示相似的元件和步骤。
本公开涉及一种用于通过射束产生光学力的技术，该射束的场线呈现允许微米或纳米颗粒被捕获或移动(例如，围绕障碍物)的弯曲。这是通过使用包括具有不同折射率的介电材料的两个或更多部分的设备来实现的。所述构成部分的折射率高于周围的主介质(在其中，捕集或移动所述微米颗粒或纳米颗粒)。以这样的方式配置所述构成部分，即，源自所述设备的不同接触区域(与不同部分相关联)的射束中的至少两个重新组合并且有助于形成聚焦的电磁波束，该聚焦的电磁波束的传播方向相对于照射所述设备的入射电磁波的传播方向偏转。
数值模拟表明，所产生的聚焦射束的偏转可以由考虑到周围主介质的设备参数来控制。
5.1拓扑学
图1示出了根据本公开实施例的包括第一部分101和第二部分102的设备100在XZ平面中的横截面图。
所述设备100被配置成与具有第一折射率n1的介电主介质103接触，并且其中当由电磁源100s辐射的入射电磁波IEM照射所述设备100的至少一个面，即，照射面100i时，微米颗粒或纳米颗粒被所述设备100辐射的聚焦电磁波束捕获或移动。更特别地：
-所述第一部分101由具有第二折射率n2的第一材料制成。第一部分101具有沿X轴的第一宽度W1(X轴在选定坐标系中对应于所述照射面100i的延伸方向)；以及
-所述第二部分102由第二材料制成，所述第二材料具有第三折射率n3，其中n1<n3<n2，并且具有沿所述X轴的第二宽度W2。
例如，所述第一和第二材料属于包括玻璃、塑料、聚合物材料、氧化物和氮化物的组。
所述第一部分101和第二部分102沿着X轴并排设置，并且W1+W2大于由电磁源100s辐射的入射电磁波IEM在主介质中的等效波长λ。所述第一部分101和第二部分102沿Z轴(Z轴与X轴正交，因此在选定的坐标系中与照射面100i正交)从照射面100i延伸到设备100的另一面，其被称为辐射面100r，与照射面100i相对。所述第一部分101和第二部分102沿Z轴分别具有第一高度H1和第二高度H2。
在图1的实施例中，H1＝H2。然而，在其它实施例中，第一高度H1和第二高度H2可以不同。实际上，模拟示出了只要|H2-H1|≤λ/4，就可以实现使出射聚焦电磁波束的电磁场线呈现弯曲的技术效果。实际上，只要满足该条件，第一高度H1和第二高度H2之间的差不会导致在由设备100辐射的聚焦电磁波束中产生额外的射束(或副波瓣)。
回到图1，入射电磁波IEM的传播方向与照射面100i正交(即，由电磁源100s辐射的入射电磁波IEM的传播方向与Z轴平行)。
然而，在其它实施例中，入射电磁波IEM的传播方向可相对于Z轴倾斜，如下面关于图11a和11b所讨论的。
回到图1，所述第一部分101和第二部分102具有平行于Z轴的垂直边缘。辐射面100r和照射面100i与Z轴正交，Z轴对应于90°的底角。
然而，在其它实施例中，一些棱镜结构(具有任意底角)也可以用于设备100，如下面关于图12所讨论的。所述底角值的变化提供了在控制射束辐射方面的附加自由度。
回到图1，所述设备100因此包括：
-第一接触区域100e1，当所述设备与所述主介质103接触时，位于所述主介质103与所述第一部分101之间。当入射电磁波IEM至少照射面100i时，第一接触区域100e1有助于在设备1的近场区域中第一射束NJ1的辐射；
-第二接触区域100e2，其在所述第一部分101和所述第二部分102之间。当入射电磁波IEM至少照射面100i时，第二接触区域100e2有助于在设备1的近场区域中第二射束NJ2的辐射；以及
-第三接触区域100e3，当所述设备100与所述主介质103接触时，位于所述第二部分102与所述主介质103之间。当入射电磁波IEM至少照射面100i时，第三接触区域100e3有助于在设备1的近场区中的第三射束NJ3的辐射。
更具体地说，当入射电磁波IEM呈现倾斜入射角(即，入射电磁波IEM相对于照射面100i的法线的入射角)时，入射电磁波IEM照射面100i，而且照射所述设备100的至少另一个侧面。无论考虑的倾斜入射角如何，所述第一接触区域100e1、第二接触区域100e2和第三接触区域100e3分别有助于第一射束NJ1、第二射束NJ2和第三射束NJ3的辐射。这样的射束是通过多个贡献的叠加而获得的，所述多个贡献是由设备100的不同面或接触区域(例如，其位于部分之间)对入射电磁波IEM的衍射或折射而产生的。因此，在任何情况下，所述第一接触区域100e1对第一射束NJ1的辐射有贡献，第二接触区域100e2对第二射束NJ2的辐射有贡献，并且第三接触区域100e3对第三射束NJ3的辐射有贡献。
回到图1，三个射束NJ1、NJ2和NJ3可以在不同的热点中相交，其中热点对应于所考虑的喷射或聚焦点中的最高EM功率的点(其位置被称为点A、B和C。
根据本公开，所述第一部分101和第二部分102的材料和尺寸可被优化，以便管理三个射束NJ1、NJ2和NJ3的喷射热点的位置、EM功率、方向和偏移角。结果，所述设备100的行为就像它正在辐射所聚焦的电磁波束一样，该电磁波束由所述第一射束NJ1、第二射束NJ2和第三射束NJ3中的至少两个射束的组合产生。因此，所述设备100可以被配置成具有所聚焦的电磁波束的传播方向作为以下各项的至少一部分的函数而相对于所述入射电磁波的传播方向倾斜：
-所述第一折射率n1、所述第二折射率n2和所述第三折射率n3；
-所述第一宽度W1和所述第二宽度W2；以及
-所述第一高度H1和所述第二高度H2。
5.2设计原理和主要性能特征
在这一部分中，提供了一组方程，用于估计具有射束偏移(即，具有相对于入射电磁波的传播方向的倾斜角)和偏移的块的材料和尺寸的示例性最优组合。如下所示，热点位置和光束偏移的方向对组成部分的尺寸敏感。对于尺寸大于几个波长的设备，菲涅耳衍射现象可能具有巨大的影响。
5.2.1产生的射束的主要特性
通常，光束形成现象出现在不同折射率的两种材料之间的接触区域上，并且与该接触区域(例如，图1的设备100的接触区域100e1、100e2或100e3)和照射面100i相关联。
更特别地，可以根据斯涅耳定律得出射束辐射角。例如，在设备100的第一接触区域100e1的情况下，当与介电主介质103接触时，与第一接触区域100e1相关联的第一射束NJ1的辐射角度使用以下近似公式来确定：
Figure BDA0003187116960000121
其中
Figure BDA0003187116960000122
是在假设n2>n1的情况下相应的临界折射角。
可以注意到，通常，从元件的相对侧辐射的两个射束的交点确定了该元件的焦距，其表现为微透镜。在第一近似中，在单一材料元件的情况下，所述微透镜的焦距可以被表征为该透镜内部和外部的材料的宽度和折射率比的函数。所辐射的电磁波束将沿着所述元件的对称轴被引导，并且所得到的微透镜的焦距可以被估计为：
Figure BDA0003187116960000123
其中
Figure BDA0003187116960000124
并且W1是所述元件的宽度。
回到图1，与第二接触区域101e2相关联的第二射束NJ2以角度ΘB2而被折射到具有较高折射率的介质中。假设n2>n3，则角度ΘB2被获得为：
Figure BDA0003187116960000125
其中
Figure BDA0003187116960000126
是相应的极限折射角。
因此，与第三接触区域101e3相关联的第三射束NJ3以如下角度ΘB3而被折射：
Figure BDA0003187116960000127
其中
Figure BDA0003187116960000131
是相应的极限折射角。
所述三个射束NJ1、NJ2和NJ3的长度和强度通常不同。最大强度和最小长度对应于具有折射率之间的最高比率的光束，其对应于当n2>n3>n1时以角度ΘB1折射的第一射束NJ1。
当确定分别以角度ΘB1、ΘB2和ΘB3而被辐射的三个射束NJ1、NJ2和NJ3的交点时，可以解释由设备100辐射的聚焦电磁波束的行为。
第一射束NJ1和第二射束NJ2的交点A具有图1的XoZ坐标系中的坐标(WA,HA)。更具体地说，基于前面的等式，
Figure BDA0003187116960000132
定义ΘB4为焦点A与宽度为W1的第一部分101的对称轴101as的偏移角，
Figure BDA0003187116960000133
以相同的方式，第一射束NJ1和第三射束NJ3在具有坐标(WB,HB)的点B处相交，其中：
Figure BDA0003187116960000134
定义ΘB5为焦点B与宽度为W1+W2的设备100的对称轴(即，图1中的Z轴)的偏移角，
Figure BDA0003187116960000135
第二射束NJ2和第三射束NJ3仅在以下情况下相交：n3在临界值以上即，
Figure BDA0003187116960000136
在这种情况下，点C的坐标被确定为：
Figure BDA0003187116960000137
在这种情况下，定义ΘB6为焦点C与宽度为W2的第二部分102的对称轴102的偏离角度，
Figure BDA0003187116960000141
对于两个部分101、102和主介质103的固定折射率，三个射束NJ1、NJ2和NJ3在相同点处相交的特定情况可作为两个部分101、102的宽度W1、W2变化的结果来获得。为了在一点处得到三个射束NJ1、NJ2和NJ3的交点，比率W1/W2必须等于：
Figure BDA0003187116960000142
在这种情况下，所有三个射束NJ1、NJ2和NJ3都对由设备100辐射的总的生成聚焦电磁波束有贡献。因此，所生成的聚焦电磁波束的强度是最大的。
图2示出了对于固定值n2＝1.8和W1＝W2，偏移角ΘB4-B6对折射率n3的依赖性。对于选择的参数，折射率n3的临界值n3cr由
Figure BDA0003187116960000143
给出。在这种情况下，当n3>n3cr时，第二射束NJ2和第三射束射束NJ3相交。因此，直到n3达到该临界值n3cr，角度ΘB6没有意义。
5.2.2参数研究
基于图1中描绘的设备100的所标识的性质，设备100的参数(即，第一部分101和第二部分102的折射率值和/或宽度和/或高度)可以被适配，以便获得生成的聚焦的电磁波束(由第一射束NJ1、第二射束NJ2和第三射束NJ3中的至少两个射束的组合产生)相对于由电磁源100s辐射的入射电磁波IEM的传播方向的倾斜。
第一部分101和第二部分102的相应高度H1和H2的影响
假定H1＝H2＝H、W1＝W2以及W＝W1+W2大于所述入射电磁波IEM在主介质中的等效波长λ，则执行了以下数值模拟。然而，如关于图1所示，即使H1和H2彼此不同，只要|H2-H1|≤λ/4，就可以实现使出射聚焦电磁波束的电磁场线呈现弯曲的技术效果。
在本假设下，可以示出，对于
Figure BDA0003187116960000151
例如图3a中所示的n3＝1.3，所产生的射束的热点位置几乎与设备100的高度H无关。
对于
Figure BDA0003187116960000152
并从H1≈HA开始，观察到热点向增加的X坐标移动。图3b中示出了n3＝1.6沿X轴的功率密度分布。对于为图3b所示模拟所选择的设备100的参数，HA≈772nm。
图4a到4c显示了假设
Figure BDA0003187116960000153
对于设备100的三个不同高度H＝H1＝H2在XZ平面中的功率密度分布。所讨论的功率密度分布示出了通过改变设备100的高度H来实现出射聚焦电磁波束的电磁场线的弯曲。
图4d示出了由设备100产生的射束的示意性分布。看起来如果H1≥HA并且如果第一射束NJ1和第二射束NJ2的焦点A接近设备100的辐射表面100r，或者甚至在设备100内(见图4d)，则发生出射聚焦电磁波束的电磁场线的弯曲。可以看出，在这种情况下，出射聚焦电磁波束的电磁场线的弯曲由第二射束NJ2和第三射束NJ3的相互作用引起，第二射束和第三射束比第一NJ1射束更长但强度更小。所产生的聚焦电磁波束的偏移角接近焦点C与具有宽度W2的第二部分102的对称轴102as的偏移角ΘB6(图4d中的点划线400)。
图5a和5b示出了对于设备100的三个不同高度H＝H1＝H2，由设备100产生的射束的热点位置(分别沿X和Z轴)对折射率n3的依赖性。更特别地，浅灰色和点划线分别表示点A和B的X和Z坐标对n3的依赖性。这两条曲线是使用等式(5)和(7)获得的。作为n3的函数的热点功率密度示于图5c。
入射电磁波在主介质中的等效波长λ影响所产生的射束的热点位置。图6a和6b示出了对于不同高度H＝H1＝H2，热点偏移对λ的依赖性。对于n3＝1.3，热点的偏移几乎与波长λ无关。色散的影响随着折射率n3而增加(参见图6b，n3＝1.6)。
因此，在本公开的一些实施例中，所述设备100被配置为例如
Figure BDA0003187116960000161
Figure BDA0003187116960000162
W1＝W2和H1≥HA，并且HA为第一射束NJ1和第二射束NJ2的交点的Z坐标HA(即，第一NJ1和第二NJ2射束的交点沿Z轴且相对于照射面100i的高度)。这允许获得所生成的聚焦的电磁波束的方向相对于入射电磁波IEM的传播方向的倾斜，所述聚焦的电磁波束是从第一射束NJ1、第二射束NJ2和第三射束NJ3中的至少两个射束的组合获得的。
所述第一部分101和第二部分102的相应宽度W1和W2的影响
本说明书的这部分涉及所述设备100的第一部分101和第二部分102的宽度W1和W2的影响。
假定具有折射率n2(n2>n3>n1)的第一部分101具有固定宽度W1，分析具有折射率n3的第二部分102的宽度W2对所产生的射束的参数的影响。
更特别地，对于
Figure BDA0003187116960000163
当W2>W1时，两个射束在设备100的辐射面100r附近出现，如图7a所示。看起来第一射束NJ1(图7a中的波束编号1)和第二射束NJ2(图7a中的波束编号2)的偏移角等于ΘB4和ΘB5(见图7b)。因此，第二射束NJ2的热点(即，射束中强度最高的点)的位置和强度取决于宽度W2。
图7c中示出了在设备100的第二部分102的不同宽度W2处沿X轴的功率密度分布。看起来第二射束NJ2的强度和长度随W2上升。还看来增加设备100的总宽度W＝W1+W2增加了菲涅耳衍射现象对***的总响应的贡献。因此，以一角度ΘB5偏离的第二类型的侧喷流(jet)(或副波瓣)的数量随着W2增加而增加。
或者，当
Figure BDA0003187116960000164
时，获得两个附加的射束时(例如，如图8a的构造中)。与第三接触区域100e3相关联的第三射束NJ3(图8a中的波束编号3)的偏移角度等于ΘB6(参见图8b)。中心射束(图8a中的波束编号4)沿Z轴(垂直于设备的辐射面100r)定向。图8b至8e示出了图8a中2-4号射束的热点中的功率密度和对应射束的热点的位置与第二部分102的宽度W2的关系。如上所述，在
Figure BDA0003187116960000171
的情况下，W2的增加会增加菲涅耳衍射现象对***总响应的贡献。因此，以角度ΘB5(当看附图时为左侧)和ΘB6(当看附图时为右侧)偏离的第二类型的侧喷流(或副波瓣)的数量随着W2增加而增加。
因此，在本公开的一些实施例中，设备100被配置成使得
Figure BDA0003187116960000172
且W2＞W1，与设备100的第一部分101和第二部分102的高度H1和H2无关(只要满足条件|H2-H1|≤λ/4)。这样的参数允许获得所生成的聚焦的电磁波束(其由第一射束NJ1、第二射束NJ2和第三射束NJ3中的至少两个射束的组合产生)的方向相对于由电磁源100s辐射的入射电磁波IEM的传播方向的倾斜。
假设具有折射率n3(n2>n3>n1)的第二部分102的固定宽度W2，则具有折射率n2的第一部分101的宽度W1对所生成的射束的参数也有影响。
实际上，可以观察到与上述W2对于W1的固定值改变的情况类似的行为。然而，在当前情况下，侧射束(或副波瓣)朝向角度ΘB4(对于在图中看时左侧的侧射束)和ΘB6(对于在图中看时右侧的侧射束)偏离。如上所述，根据等式(11)，可以基于设备100的一些特定尺寸来增强所生成的聚焦电磁波束。对于图9a-d中选择的***参数值，当W1＝1960nm时，出现所有射束的交叉。在图9d中，所产生的聚焦的电磁波束的最大强度对应于W1≈1600nm。在W≈λ处将观察到所有射束在相同点处相交的最大益处，其中W＝W1+W2。
因此，在本公开的一些实施例中，设备100被配置成使得
Figure BDA0003187116960000173
W2<W1,和H1≥HA(仍然具有|H2-H1|≤λ/4)。这样的参数允许获得所生成的聚焦的电磁波束(其由第一射束NJ1、第二射束NJ2和第三射束NJ3中的至少两个射束的组合产生)的方向相对于入射电磁波IEM的传播方向的倾斜。
在尺寸W1>W2的情况下，对于
Figure BDA0003187116960000181
(例如，如图10a的构造中)并且在
Figure BDA0003187116960000182
时甚至在设备100的部分101、102的较低高度H1、H2处(只要H1≈HA-λ/2)(例如，如图10b的构造中)，便可观察到向右的偏离(当观察图时)。这些现象由几个因素引起。首先，增加宽度W1会增加距离HA。因此，对由设备100辐射的总聚焦电磁波束的主要贡献来自以角度ΘB2和ΘB3辐射的较长射束NJ2和NJ3。
因此，在本公开的一些实施例中，设备100被配置成使得
Figure BDA0003187116960000183
W2<W1、并且H1的目标是等于HA-λ/2(仍然具有|H2-H1|≤λ/4)。这样的参数允许获得所生成的聚焦的电磁波束(其由第一射束NJ1、第二射束NJ2和第三射束NJ3中的至少两个射束的组合产生)的方向相对于入射电磁波IEM的传播方向的倾斜。
照射条件的影响
对针对不同倾斜入射角α(即，入射电磁波IEM相对于照射面100i的法线的入射角)获得的功率密度分布的检查示出了所生成的聚焦电磁波束的方向相对于辐射面100r的法线的倾斜对所述设备100的高度是敏感的。
例如，当设备100与介电主介质103接触，使得n1＝1、n2＝1.8、n3＝1.6、W1＝1000nm、W2＝700nm、H1＝H2＝H＝300nm和α＝10°时，所生成的聚焦电磁波束偏离法向入射的倾斜角等于14.49°并且在非分散材料的理论假设中对于入射波的所有波长保持恒定。在α＝10°的情况下，在H＝550nm观察到轻微的色散。此外，角度近似等于17.54°。***的色散随着高度H而增加，图11a和图11b的比较表明，对于H＝900nm，正常照射的色散低于倾斜照射的色散。此外，对于α＝10°，对于450nm<λ<650nm，所产生的聚焦的电磁波束的偏移角度从≈21°变化到≈18.9°。对于设备100的该高度H＝H1＝H2，附加偏移近似等于入射角。对于更大的入射角α，产生的聚焦电磁波束的类似行为发生。但是在这种情况下，偏移的分散更高。在一些实施例中，入射的EM波100i的入射角处于-20度和+20度的范围内。优选地，这种角度位于-10度和+10度之间，更优选地在-5度和+5度之间。
可以注意到，本模拟已经针对H＝H1＝H2执行，然而，如上所述，只要|H2-H1|≤λ/4，结论保持相同。
第一部分101和第二部分102的底角的影响
根据图12的实施例，考虑具有非垂直边缘(即，不平行于Z轴的边缘)的设备100'，而辐射100r和照射100i两者都保持与Z轴正交。αj(j等于1、2或3)表示接触区域100’e1、100’e2和100’e3的底角。在αj不同于90°的情况下，设备100'可对应于与介电主介质103接触的双材料棱镜设备，其中折射率n1<n3<n2。
可以看出，对于底角αj大于90°-ΘBj(j等于1、2或3)的设备100'，可以使用以下近似公式来确定相应的射束辐射角：
Figure BDA0003187116960000191
其中该角度Θ'TIRj是从所述非垂直边缘或接触区域100’e1、100’e2和100’e3折射的临界角。
为了得到Θ'TIRj的近似公式，考虑与图1的设备100的配置相比，接触区域的位置的改变。结果，相应的射束辐射角可被估计为：
Figure BDA0003187116960000192
然后，这些表达式可以被注入到等式(4)-(11)中，以具有与设备100'的接触区域100’e1、100’e2和100’e3相关联的射束的行为的描述。
为了考虑具有非垂直接触区域100’e1、100’e2和100’e3的第一部分101'和第二部分102'的影响，下面讨论模拟结果，其示出当总宽度W’＝W’1+W’2使得W’>λ且W’1＝W’2时，第一部分101'和第二部分102'的高度H1＝H2＝H对所生成的射束的影响。可以看出，当
Figure BDA0003187116960000201
(参见n3＝1.3的图13a)时，热点位置几乎和与介电主介质103接触的设备100'的高度H'无关。对于
Figure BDA0003187116960000202
从特定高度H≈HA开始，观察到热点向右偏移(当观察图时)。图13b中示出了对于n3＝1.6，沿X轴的功率密度分布。对于在那些图13a和13b中选择的设备100'和介电主介质103的参数，HA≈718.96nm。
图14a至14c显示了对于具有
Figure BDA0003187116960000203
的设备100'的3个不同高度H’＝H’1＝H’2，XZ平面中的功率密度分布。可以示出，对于具有非垂直接触区域100’e1、100’e2和100’e3的设备100'，所生成的聚焦电磁波束的偏离也可以通过改变设备100'的高度H’＝H’1＝H’2来实现。
更具体地说，图15a至15d表示根据等式(5)和(10)获得的高度HA和偏移角ΘB6。图15a示出了在固定角度α2和α3处改变角度α1仅影响特定高度HA而不改变角度ΘB6(对于为图15a中绘制的模拟选择的参数，ΘB6＝22°)。相反，减小或增大底角α2导致两个参数HA和ΘB6的变化，如图15b和15c所示。对于最小角度α2，获得了在设备100'的最小高度H’＝H’1＝H’2处的对应射束的最大偏移。
如图15d所示，改变底角α3影响特定高度HA(对于为图15d中绘制的模拟所选择的参数，HA＝718.96nm)。对于最小角度α3，观察到最大偏移。
图16给出了对于角度α3的四个不同值，在截面Z0＝1000nm中沿着X轴的功率密度分布，其中λ＝550nm，α1＝85°、α2＝90°，并且设备100'具有大于HA的H’＝H’1＝H’2。
5.3光学操纵设备
图17a至19d涉及通过由根据本公开的设备(例如，设备100或100')产生的弯曲射束对微米颗粒或纳米颗粒进行亚波长光学操纵。
更特别地，作用于任意微米颗粒或纳米颗粒的光学力可以通过用电偶极子接近颗粒来获得。
该方法适用于瑞利(Rayleigh)颗粒(比入射波长小得多的颗粒)，如例如在文章P.Chaumet和M.Nieto-Vesperinas:“Time-averaged total force on a dipolar spherein an electromagnetic field(电磁场中偶极球体上的时间平均总力),”Opt.Lett.25,1065-1067(2000)中通过所详述的。
使用球体的亚波长半径的偶极近似，可以获得如下的力：
Figure BDA0003187116960000211
其中
Figure BDA0003187116960000212
是所述颗粒的复合极化率，
Figure BDA0003187116960000213
np是所述颗粒的材料的折射率，nm是所述颗粒的外部介质的折射率，并且a是所述颗粒的半径。
已经使用Comsol软件并且基于半径为0.03μm且介电常数ε＝-11.208+1.31184i的金颗粒的偶极近似模拟了在存在或不存在障碍物1800的情况下由偏离的射束产生的力。此外，一方面，对于具有折射率n的单一材料设备1710和对于图1的双材料设备100，已经模拟了那些力。
在图17a和17b中，所述设备被具有λ＝550nm和α＝0°的被TM(对于“横向磁”)极化的入射电磁波IEM照射(即，入射电磁波IEM具有与设备100的照射面100i正交的传播方向)。所述单一材料设备1710由与设备100的第一部分101相同的材料制成，即，n＝n1＝n2。此外，所述单一材料设备1710具有与设备100相同的宽度W，其中W＝W1+W2＝2*600nm(W1＝W2)，并且相同的高度H＝H1＝H2＝900nm。流线和箭头示出了使用偶极近似获得的光学力的轨迹和方向。可以看出，在双材料设备100的情况下，可以沿着弯曲的轨迹输送所述颗粒。
参照图18a至19d，障碍物1800沿着射束路径放置。障碍物1800在X方向上的长度与设备100的第一部分101的宽度W1一致。然而，障碍物1800在障碍物1800的对称轴线和第一部分101的对称轴线之间移动等于W1/4的偏离量。相同的构造用于单一材料设备1710。在图18a至18d的情况下，模拟对应于放置在距离5λ/8处的障碍物1800(其由折射率为1.8且厚度等于λ/8的玻璃制成，并且在图19a至19d的情况下，模拟对应于放置在距离3λ/8处的由相同厚度λ/8的金属(其为理想电导体)制成的障碍物1800。障碍物1800的存在导致射束的中断和轨迹的有价值的改变。通过增加单一材料设备1710的折射率，获得弯曲的轨迹，但是将所述颗粒推离所述设备100的力非常小。只有双材料设备100(这里具有高度H＝H1＝H2＝900nm)可以生成偏离的射束。在这种情况下，颗粒可以沿着弯曲轨迹围绕所述障碍物移动。这种效果是针对两种类型的障碍物1800(即，玻璃和金属)获得的。此外，在导电障碍物1800的情况下，可以获得障碍物附近的捕获位置(图19C中的白色圆圈1900)。
因此，根据本公开的这种双材料设备100、100'(在上面讨论的其实施例中的任一个中)可以用作光学操纵设备(例如，光镊)1700的基本部分，以用于在介电主介质103中捕获或移动微米或纳米颗粒。例如，入射电磁波IEM在主介质中的等效波长λ属于可见光谱(例如，主介质中的波长λ位于400nm与700nm之间，或者等效地，入射IEM波的频率位于430THz至790THz之间)。因此，可获得用于形成可见光波图案的具有纳米级尺寸的设备。在其它实施例中，所述入射IEM波的频率属于包括以下项的组：
-无线电波，即，30Hz至300GHz之间；
-微波，即，1GHz至100GHz；
-太赫兹辐射，即，100GHz至30THz；
-红外线，即，300GHz至430THz；以及
-紫外线，即，790THz至30PHz。
在这些实施例中，设备100、100'的尺寸因此根据入射IEM波的波长来缩放，以便实现所产生的聚焦电磁波束的倾斜。
在一些实施例中，光学操纵***包括光学操纵设备1700和电磁源100s，用于辐射照射设备100、100'的照射面100i的入射电磁波IEM(在上面讨论的其实施例中的任意者中)。

Claims (14)

1.一种设备，被配置为当入射电磁波照射所述设备的第一面，即，照射面时，在具有第一折射率n1的介电主介质中辐射聚焦的电磁波束，其中所述设备包括：
-第一材料，具有第二折射率n2，并且具有沿着所述第一面的延伸方向的第一宽度W1，其中该延伸方向被称为X轴；以及
-第二材料，其与所述第一部分接触并且具有第三折射率n3，具有沿着所述X轴的第二宽度W2，
其中n1<n3<n2，并且W1+W2大于所述入射电磁波在所述主介质中的等效波长λ，所述第一和第二材料沿垂直于所述照射面的方向，即Z轴，从所述照射面延伸到每个部分的与所述照射面相对的辐射面，所述第一和第二材料沿所述Z轴分别具有第一高度H1和第二高度H2，其中|H2-H1|≤λ/4，
所述设备被配置成当所述设备与所述介电主介质接触时并且当所述入射电磁波照射所述照射面时具有：
-第一接触区域，其在所述介电主介质和所述第一材料之间，所述第一接触区域在近场区中辐射第一射束；
-第二接触区域，其在所述第一材料和所述第二材料之间，所述第二接触区域在所述近场区中辐射第二射束；
-第三接触区域，其在所述材料和所述介电主介质之间，所述第三接触区域在所述近场区中辐射第三射束，
其中，所述聚焦的电磁波束由所述第一、第二和第三射束当中的至少两个射束的组合产生，所述设备被配置成使所述聚焦的电磁波束的传播方向相对于所述入射电磁波的传播方向倾斜。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述聚焦的电磁波束的所述传播方向按照以下各项的至少一部分的函数而相对于所述入射电磁波的传播方向倾斜：
-所述第一折射率n1、所述第二折射率n2和所述第三折射率n3；
-所述第一宽度W1和所述第二宽度W2；以及
-所述第一高度H1和所述第二高度H2。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述聚焦的电磁波束由所述第一、第二和第三射束的组合产生。
4.根据权利要求1至3中任意项所述的设备，其中
Figure FDA0003187116950000026
其中W1＝W2并且其中H1≥HA，所述第一和第二射束的交点具有沿着所述Z轴并且相对于所述照射面的高度HA。
5.根据权利要求1至3中任意项所述的设备，其中
Figure FDA0003187116950000021
并且其中W2>W1。
6.根据权利要求1至3中任意项所述的设备，其中
Figure FDA0003187116950000022
其中W2<W1并且其中H1≥HA，所述第一和第二射束的交点具有沿着所述Z轴并且相对于所述照射面的高度HA。
7.根据权利要求1至3中任意项所述的设备，其中
Figure FDA0003187116950000023
并且其中W2<W1，并且其中H1的目标是等于HA-λ/2，所述第一和第二射束的交点具有沿着所述Z轴并且相对于所述照射面的高度HA。
8.根据权利要求4至7中任意项所述的设备，其中所述高度HA满足
Figure FDA0003187116950000024
Figure FDA0003187116950000025
并且ΘB1和ΘB2分别是所述第一和第二射束相对于所述入射电磁波的传播方向的辐射倾角。
9.根据权利要求8所述的设备，其中ΘB1和ΘB2分别明显等于
Figure FDA0003187116950000031
Figure FDA0003187116950000032
和等于
Figure FDA0003187116950000033
其中角度α1和α2分别是所述第一和第二接触区域相对于所述X轴的底角，并且其中ΘTIR1和ΘTIR2分别是与所述第一和第三接触区域相关联的折射的极限角。
10.根据权利要求9所述的设备，其中
Figure FDA0003187116950000034
和
Figure FDA0003187116950000035
Figure FDA0003187116950000036
11.根据权利要求1至10中任意项所述的设备，其中所述入射电磁波在所述主介质中的所述等效波长λ属于可见光谱。
12.根据权利要求1至11中任意项所述的设备，其中，所述第一材料和所述第二材料中的至少一个属于包括以下各项的组：
-玻璃；
-塑料；
-聚合物材料；
-氧化物；以及
-氮化物。
13.一种光学操纵***，包括根据权利要求1至12中任意项所述的设备和被配置用于生成所述入射电磁波的电磁源。
14.根据权利要求1至12中任意项所述的设备或根据权利要求13所述的光学操纵***的用途，用于在所述介电主介质中捕获或移动微米颗粒或纳米颗粒。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3591700A1 (en) 2018-07-02 2020-01-08 Thomson Licensing Image sensor comprising a color splitter with two different refractive indexes, and different height
RU202241U1 (ru) * 2020-10-08 2021-02-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» (СГУГиТ) Субволновая оптическая ловушка в поле стоячей волны на основе фотонной струи

Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3718383A (en) * 1971-04-19 1973-02-27 Eastman Kodak Co Plastic optical element having refractive index gradient
CN1319191A (zh) * 1999-08-04 2001-10-24 日本板硝子株式会社 阶梯状衍射光栅及光波导元件
TW200502570A (en) * 2003-04-01 2005-01-16 Corning Inc Optical elements and methods of making optical elements
CN1606704A (zh) * 2002-09-19 2005-04-13 住友电气工业株式会社 衍射光学器件以及用于制造所述光学器件的方法
CN1693928A (zh) * 2005-06-08 2005-11-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 532纳米波长的高衍射效率石英透射光栅
CN1756972A (zh) * 2003-03-13 2006-04-05 旭硝子株式会社 衍射元件以及光学装置
CN1762009A (zh) * 2003-04-25 2006-04-19 松下电器产业株式会社 光衍射器件以及光信息处理装置
CN101114031A (zh) * 2003-02-18 2008-01-30 住友电气工业株式会社 衍射光栅元件及其制造方法和设计方法
CN101241202A (zh) * 2003-01-24 2008-08-13 住友电气工业株式会社 衍射光栅元件
CN101263378A (zh) * 2005-07-08 2008-09-10 伊利诺伊大学评议会 光子晶体生物传感器结构以及制作方法
CN101359094A (zh) * 2007-07-31 2009-02-04 陈宽任 电磁波传播结构
CN101467021A (zh) * 2006-06-12 2009-06-24 原子能委员会 在近场传输中工作的光学元件
CN101611333A (zh) * 2006-12-08 2009-12-23 纽约市立大学研究基金会 在复合材料中控制光的器件和方法
CN101688929A (zh) * 2007-07-27 2010-03-31 佳能株式会社 光学元件和光学装置
TW201042286A (en) * 2008-12-03 2010-12-01 Univ Nat Cheng Kung Focus enhancing electromagnetic wave propagating device
CN102498374A (zh) * 2009-08-25 2012-06-13 Nec软件***科技有限公司 光学单元
CN103119498A (zh) * 2010-07-22 2013-05-22 匹兹堡高等教育联邦体系大学 纳米光学的折射光学器件
CN104718479A (zh) * 2012-07-25 2015-06-17 瑞士Csem电子显微技术研发中心 一种光耦合波导的优化方法
CN107462983A (zh) * 2016-06-03 2017-12-12 三星电子株式会社 电磁波聚焦装置、光学设备和显微镜
EP3312674A1 (en) * 2016-10-21 2018-04-25 Thomson Licensing A photolithography device for generating pattern on a photoresist substrate
EP3385219A1 (en) * 2017-04-07 2018-10-10 Thomson Licensing Method for manufacturing a device for forming at least one focused beam in a near zone
CN108919399A (zh) * 2018-06-11 2018-11-30 中山大学 高折射率对比度光栅及其制备方法与应用

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3223063A1 (en) * 2016-03-24 2017-09-27 Thomson Licensing Device for forming a field intensity pattern in the near zone, from incident electromagnetic waves
SG11201901313PA (en) * 2016-10-05 2019-03-28 Agency Science Tech & Res Diffractive optical element and method of forming thereof
EP3312660A1 (en) * 2016-10-21 2018-04-25 Thomson Licensing Device for forming at least one tilted focused beam in the near zone, from incident electromagnetic waves
EP3540479A1 (en) * 2018-03-13 2019-09-18 Thomson Licensing Diffraction grating comprising double-materials structures
EP3540499A1 (en) * 2018-03-13 2019-09-18 Thomson Licensing Image sensor comprising a color splitter with two different refractive indexes
EP3591700A1 (en) * 2018-07-02 2020-01-08 Thomson Licensing Image sensor comprising a color splitter with two different refractive indexes, and different height

Patent Citations (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3718383A (en) * 1971-04-19 1973-02-27 Eastman Kodak Co Plastic optical element having refractive index gradient
CN1319191A (zh) * 1999-08-04 2001-10-24 日本板硝子株式会社 阶梯状衍射光栅及光波导元件
CN1606704A (zh) * 2002-09-19 2005-04-13 住友电气工业株式会社 衍射光学器件以及用于制造所述光学器件的方法
CN101241202A (zh) * 2003-01-24 2008-08-13 住友电气工业株式会社 衍射光栅元件
CN101114031A (zh) * 2003-02-18 2008-01-30 住友电气工业株式会社 衍射光栅元件及其制造方法和设计方法
CN101114032A (zh) * 2003-02-18 2008-01-30 住友电气工业株式会社 衍射光栅元件及其制造方法和设计方法
CN1756972A (zh) * 2003-03-13 2006-04-05 旭硝子株式会社 衍射元件以及光学装置
TW200502570A (en) * 2003-04-01 2005-01-16 Corning Inc Optical elements and methods of making optical elements
CN1762009A (zh) * 2003-04-25 2006-04-19 松下电器产业株式会社 光衍射器件以及光信息处理装置
CN1693928A (zh) * 2005-06-08 2005-11-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 532纳米波长的高衍射效率石英透射光栅
CN101263378A (zh) * 2005-07-08 2008-09-10 伊利诺伊大学评议会 光子晶体生物传感器结构以及制作方法
CN101467021A (zh) * 2006-06-12 2009-06-24 原子能委员会 在近场传输中工作的光学元件
CN101611333A (zh) * 2006-12-08 2009-12-23 纽约市立大学研究基金会 在复合材料中控制光的器件和方法
CN101688929A (zh) * 2007-07-27 2010-03-31 佳能株式会社 光学元件和光学装置
CN101359094A (zh) * 2007-07-31 2009-02-04 陈宽任 电磁波传播结构
TW201042286A (en) * 2008-12-03 2010-12-01 Univ Nat Cheng Kung Focus enhancing electromagnetic wave propagating device
CN102498374A (zh) * 2009-08-25 2012-06-13 Nec软件***科技有限公司 光学单元
CN103119498A (zh) * 2010-07-22 2013-05-22 匹兹堡高等教育联邦体系大学 纳米光学的折射光学器件
CN104718479A (zh) * 2012-07-25 2015-06-17 瑞士Csem电子显微技术研发中心 一种光耦合波导的优化方法
CN107462983A (zh) * 2016-06-03 2017-12-12 三星电子株式会社 电磁波聚焦装置、光学设备和显微镜
EP3312674A1 (en) * 2016-10-21 2018-04-25 Thomson Licensing A photolithography device for generating pattern on a photoresist substrate
CN109891318A (zh) * 2016-10-21 2019-06-14 汤姆逊许可公司 用于在光致抗蚀剂衬底上生成图案的光刻设备
EP3385219A1 (en) * 2017-04-07 2018-10-10 Thomson Licensing Method for manufacturing a device for forming at least one focused beam in a near zone
CN108919399A (zh) * 2018-06-11 2018-11-30 中山大学 高折射率对比度光栅及其制备方法与应用

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