TW202239091A - 使用超表面進行動態光束操縱 - Google Patents

使用超表面進行動態光束操縱 Download PDF

Info

Publication number
TW202239091A
TW202239091A TW111106054A TW111106054A TW202239091A TW 202239091 A TW202239091 A TW 202239091A TW 111106054 A TW111106054 A TW 111106054A TW 111106054 A TW111106054 A TW 111106054A TW 202239091 A TW202239091 A TW 202239091A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
laser
metasurface
laser light
light
shaped
Prior art date
Application number
TW111106054A
Other languages
English (en)
Inventor
麥克 安德烈 薛勒爾
楊皓
莉莉安納 路伊茲 狄耶茲
Original Assignee
美商元平台技術有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商元平台技術有限公司 filed Critical 美商元平台技術有限公司
Publication of TW202239091A publication Critical patent/TW202239091A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0808—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more diffracting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0875—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more refracting elements
    • G02B26/0883—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more refracting elements the refracting element being a prism
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0093—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for monitoring data relating to the user, e.g. head-tracking, eye-tracking
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0916—Adapting the beam shape of a semiconductor light source such as a laser diode or an LED, e.g. for efficiently coupling into optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0071—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for beam steering, e.g. using a mirror outside the cavity to change the beam direction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本發明提供光束操縱裝置，其包括雷射及用於雷射光之動態光束成形之超表面。操縱致動器可相對於雷射調整超表面以使該光束動態地成形。複數個雷射中之雷射可選擇性地啟動以產生所要光束形狀。

Description

使用超表面進行動態光束操縱
本揭示內容通常關於光學器件，且特定言之係關於使用超表面進行動態光束操縱。
折射透鏡通常用於聚焦自光源發射之光。舉例而言，折射透鏡可具有凸表面或凹表面以聚焦、散焦或準直自該光源發射之光束。然而，折射透鏡相對於光源可具有顯著的厚度、佔據面積及/或重量，尤其為了達成某些光束成形功能性。此外，習知折射透鏡組態僅將靜態光束形狀提供至所發射光。
本發明的一態樣為一種近眼光學元件，其包含：透明光學層，其中該透明光學層包括與該透明光學層之場景側相對安置之向眼側；及近紅外光源，其與該透明光學層耦接，該近紅外光源包括：近紅外垂直空腔表面發射雷射（vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL），其經組態以發射近紅外雷射光；超表面，其經組態以回應於自該近紅外垂直空腔表面發射雷射接收該近紅外雷射光而產生動態成形之近紅外雷射光；及操縱致動器，其經組態以接收操縱信號，其中該操縱致動器經組態以調整該超表面相對於該近紅外垂直空腔表面發射雷射之一位置，以改變該動態成形之近紅外雷射光之光束形狀以用於照明眼眶區域。
在本發明的態樣所述之近眼光學元件中，該操縱致動器經組態以相對於該近紅外垂直空腔表面發射雷射之光軸改變該超表面之一軸向位置。
在本發明的態樣所述之近眼光學元件中，該操縱致動器包括壓電致動器、微機電系統（micro-electro-mechanical system，MEMS）或靜電致動器中之至少一者。
本發明的另一態樣為一種裝置，其包含：雷射，其經組態以發射雷射光；超表面，其經組態以回應於自該雷射接收該雷射光而產生動態成形之雷射光；及操縱致動器，其經組態以接收操縱信號，其中該操縱致動器經組態以調整該超表面相對於該雷射之一位置，以改變該動態成形之雷射光之光束形狀。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該操縱致動器經組態以改變該超表面相對於該雷射之光軸的一軸向位置。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該操縱致動器經組態以調整該超表面相對於該雷射之該光軸之x偏移及y偏移。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該操縱致動器耦接至該雷射。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該雷射為發射近紅外雷射光之近紅外雷射。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該超表面包括由折射半導體層形成之奈米結構。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該超表面具有小於500 nm之厚度。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該動態成形之雷射光的偏轉角為60度或更大。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該動態成形之雷射光的該偏轉角為75度或更大。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該超表面包括逐漸增大該動態成形之雷射光之偏轉角的複數個超稜鏡組件。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該操縱致動器包括壓電致動器、微機電系統（MEMS）或靜電致動器中之至少一者。
在本發明的另一態樣所述之裝置中，該操縱致動器經組態以沿著平行於該雷射之光學孔徑之第二平面的第一平面調整該超表面之該位置。
本發明的又一態樣為一種裝置，其包含：第一雷射，其經組態以經由該第一雷射之第一孔徑發射第一雷射光；第二雷射，其經組態以經由該第二雷射之第二孔徑發射第二雷射光；處理邏輯，其經組態以回應於第一操縱信號而啟動該第一雷射以發射該第一雷射光，其中該處理邏輯經組態以回應於第二操縱信號而啟動該第二雷射以發射該第二雷射光；第一超表面，其安置於該第一雷射之該第一孔徑上方，其中該第一超表面經組態以回應於自該第一雷射接收該第一雷射光而產生第一成形雷射光；及第二超表面，其安置於該第二雷射之該第二孔徑上方，其中該第二超表面經組態以回應於自該第二雷射接收該第二雷射光而產生第二成形雷射光，其中該第二成形雷射光具有與該第一成形雷射光不同之照明輪廓。
在本發明的又一態樣所述之裝置中，該第一超表面及該第二超表面由一同一折射半導體層形成。
在本發明的又一態樣所述之裝置中，該同一折射半導體層與該第一雷射及該第二雷射整合。
在本發明的又一態樣所述之裝置中，該第一雷射為第一近紅外垂直空腔表面發射雷射（VCSEL），且其中該第二雷射為第二近紅外垂直空腔表面發射雷射，且另外其中該處理邏輯經組態以回應於接收該第二操縱信號而停用該第一雷射且經組態以回應於接收該第一操縱信號而停用該第二雷射。
本發明的又一態樣所述之裝置進一步包含：第三雷射，其經組態以經由該第三雷射之第三孔徑發射第三雷射光；第四雷射，其經組態以經由該第四雷射之第四孔徑發射第四雷射光；第三超表面，其安置於該第三雷射之該第三孔徑上方，其中該第三超表面經組態以回應於自該第三雷射接收該第三雷射光而產生第三成形雷射光；及第四超表面，其安置於該第四雷射之該第四孔徑上方，其中該第四超表面經組態以回應於自該第四雷射接收該第四雷射光而產生第四成形雷射光，其中該第三成形雷射光具有與該第一成形雷射光、該第二成形雷射光及該第四成形雷射光不同之照明輪廓，且其中該處理邏輯經組態以回應於第三操縱信號而啟動該第三雷射以發射該第三雷射光，且另外其中該處理邏輯經組態以回應於第四操縱信號而啟動該第四雷射以發射該第四雷射光。
本文中描述使用超表面進行動態光束操縱之具體實例。在以下描述中，闡述了許多特定細節，以提供對具體實例之透徹理解。然而，所屬技術領域中具有通常知識者將認識到，可在無特定細節中之一或多者的情況下或藉由其他方法、組件、材料等實踐本文中所描述之技術。在其他情況下，未詳細展示或描述熟知結構、材料或操作以避免混淆某些態樣。
貫穿本說明書對「一個具體實例」或「一具體實例」之提及意謂結合該具體實例所描述之特定特徵、結構或特性包括於本發明之至少一個具體實例中。因此，片語「在一個具體實例中」或「在一具體實例中」貫穿本說明書在各處之出現未必皆指同一具體實例。此外，可在一或多個具體實例中以任何合適方式組合該等特定特徵、結構或特性。
在本揭示之一些實施中，術語「近眼」可定義為包括經組態以在利用近眼裝置時置放於距離使用者之眼球50 mm內的元件。因此，「近眼光學元件」或「近眼系統」將包括經組態以置放於距離使用者之眼球50 mm內的一或多個元件。
在本揭示之態樣中，可見光可定義為具有大致380 nm至700 nm之波長範圍。非可見光可定義為具有在可見光範圍外的波長之光，諸如紫外光及紅外光。具有大致700 nm至1 mm之波長範圍的紅外光包括近紅外光。在本揭示之態樣中，近紅外光可定義為具有大致700 nm至1.4 µm之波長範圍。
在本揭示之態樣中，術語「透明」可定義為具有大於90%的光透射率。在一些態樣中，術語「透明」可定義為具有大於90%之可見光透射率的材料。
本揭示之具體實例包括經組態以自諸如垂直空腔表面發射雷射（VCSEL）之雷射產生動態成形之雷射光的超表面。操縱致動器（例如壓電致動器、微機電系統（micro-electro-mechanical system，MEMS）及/或靜電致動器）經組態以調整超表面相對於雷射之位置以改變雷射之光束形狀。舉例而言，操縱致動器可經組態以改變超表面相對於雷射之光軸的軸向位置。藉由相對於雷射調整超表面之軸向位置，雷射光動態地成形。舉例而言，超表面可由折射半導體層或折射介電材料形成。
在一具體實例中，複數個超表面安置於複數個雷射上方。超表面經組態以具有不同照明輪廓。處理邏輯回應於操縱信號而啟動複數個雷射中之一雷射以發射雷射光。因此，藉由選擇性地啟動複數個雷射中之不同雷射，可選擇不同光束形狀，此係由於超表面具有不同光束成形輪廓。
在一實例上下文中，使用超表面之動態光束成形實施於頭戴式裝置之近眼光學元件中。一或多個近紅外VCSEL可照明眼眶區域以促進眼眶之成像（例如，出於眼球追蹤目的）。來自一或多個VCSEL之近紅外光束可基於眼球之位置而改變。用不同光束形狀選擇性地照明眼眶區域可增加成像準確度及/或節省電功率。本揭示之實施亦可在可減少光源之數目時減少重量、佔據面積及/或減小系統複雜度，此係因為較少光源能夠達成多個光源之照明功能性。結合圖1A至圖10B更詳細地描述此等及其他具體實例。
圖1A說明根據本揭示之態樣的包括雷射101、超表面190及經組態以調整超表面190相對於雷射101之位置之操縱致動器195的光源100。圖1A中之雷射101為垂直空腔表面發射雷射（vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL），其包括半導體基板110、第一反射體層120、主動區130、界定孔徑170之孔徑界定層140及第二反射體層160。在一些實施中，第一反射體層120可經組態為N摻雜分佈式布拉格反射器（DBR），且第二反射體層160可經組態為P摻雜DBR。在一些實施中，孔徑界定層140可為金屬層。在一些態樣中，光束成形超表面190可具有小於500 nm之厚度193。光束成形超表面190可形成於折射層中。折射層可包括折射半導體層、折射絕緣體及/或折射介電層。折射層可具有高折射率。在一些態樣中，折射層之折射率大於三。在一特定實例中，超表面190包括砷化鎵（GaAs）層。超表面190可包括砷化鋁鎵（AlGaAs）層。超表面190可包括透明介電材料，諸如二氧化矽（SiO 2）、氧化鋁（Al 2O 3）、氮化矽（SiN）、二氧化鈦（TiO 2）及/或其他合適透明介電材料。
在操作中，當VCSEL 101接收電流時，雷射光150產生於雷射空腔180中。雖然未具體說明，但當VCSEL 101通電時，連接至第一反射體層120之第一電觸點及連接至第二反射體層160之第二電觸點允許跨第一反射體層120及第二反射體層160的電壓電位。雷射空腔180安置於第一反射體層120與第二反射體層160之間。舉例而言，第一反射體層120可具有大致99.9%之反射率且第二反射體層160可具有大致99.0%之反射率。當雷射光在雷射空腔180中之第一反射體層120與第二反射體層160之間反射時，雷射光150之一部分穿過第二反射體層160且穿過孔徑170傳播，且入射於光束成形超表面190上。
光束成形超表面190接收雷射光150且回應於自雷射空腔180接收雷射光150而產生動態成形之雷射光153。在圖1A之圖示中，光束成形超表面190經組態以使雷射光150散焦，使得動態成形之雷射光153具有發散光束形狀159。操縱致動器195可定位超表面190以改變動態成形之雷射光153的光束形狀，使得動態成形之雷射光153具有與發散光束形狀159不同的光束形狀。舉例而言，改變超表面190之位置可增大或減小動態成形之雷射光153的偏轉角及/或改變動態成形之雷射光153的發散/會聚。在本揭示中，光束成形超表面可經組態以產生會聚光束形狀、準直光束形狀及/或偏轉光束形狀。光束成形超表面190可經組態以取決於超表面190相對於雷射101之位置而產生會聚光束形狀、準直光束形狀及/或偏轉光束形狀。可將多個不同光束成形輪廓「寫入」至同一超表面190中，使得調整超表面產生對應於不同光束成形輪廓之不同光束形狀。
VCSEL 101之線寬可能極窄（例如2 nm至4 nm）。VCSEL 101可在雷射光150由超表面190成形為動態成形之雷射光153之前發射準直雷射光150。VCSEL 101可為發射雷射光150之可見光VCSEL，該雷射光150具有以可見光譜中之波長（例如綠光為550 nm）為中心的波長。VCSEL 101可為發射雷射光150之近紅外VCSEL，該雷射光150具有以850 nm為中心的波長。VCSEL 101可為發射雷射光150之近紅外VCSEL，該雷射光150具有以940 nm為中心的波長。VCSEL 101可為發射雷射光150之紫外VCSEL，該雷射光150具有以350 nm為中心的波長。
圖1B說明實例操縱致動器195之俯視圖，其中動態成形之雷射光153傳播至頁面外。所說明之操縱致動器195為雙軸操縱致動器195。第一軸致動器196經組態以沿著第一軸（例如x軸）調整超表面190，且第二軸致動器197經組態以沿著第二軸（例如y軸）調整超表面190。在一些實施中，操縱致動器195可為單軸操縱致動器。操縱致動器195可為微機電系統（MEMS）。操縱致動器195可利用壓電或靜電技術。在一個實施中，操縱致動器195包括用以沿著第一軸及沿著第二軸調整超表面190之靜電梳驅動器。部署在商業化空間光調變器（SLM）中之快速切換微鏡技術可用於操控/調整超表面190。
操縱致動器195可耦接至雷射101。操縱致動器195可形成於形成雷射101之同一半導體製造製程中。操縱致動器195回應於操縱信號199而調整超表面190之位置。操縱信號199可為類比信號或數位信號。操縱致動器195可包括用以回應於操縱信號199而驅動致動器196及/或197之機載處理邏輯。
圖2A至圖2D說明根據本揭示之態樣的混雜光束成形超表面之實例實施。圖2A說明包括第一折射半導體層210及第二折射半導體層220之實例混雜光束成形超表面200。在一些實施中，層210及220可包括透明介電材料或其他透明絕緣體，而非半導體材料。超表面200可用作圖1中之超表面190之實例。超表面200可為偏振不敏感的，使得其可將雷射光150成形為動態成形之雷射光153，而不管入射雷射光150之偏振位向。
圖2B說明圖2A之超表面200之截面280的放大視圖。圖2B說明複數個奈米結構230形成於第二折射半導體層220中且安置於第一折射半導體層210上。在特定圖示中，奈米結構230成形為可具有不同半徑且以兩個維度配置之奈米柱。圖2C說明奈米結構230，其為具有半徑231及高度232之奈米柱，其中奈米結構安置於第一折射半導體層210上方。在其他實施中，與奈米柱不同之奈米結構230可用作超表面200中之超單元。圖2B說明作為奈米結構230A之奈米柱可具有比作為奈米結構230X之奈米柱更小的半徑。超表面200可包括具有第一半徑之複數個奈米柱及具有與第一半徑不同之第二半徑的第二奈米柱。在一些實施中，奈米柱之半徑可逐漸增加或減小。
超表面200具有具有子波長尺寸之超單元或奈米結構。相比之下，繞射光學結構（例如布拉格光柵或全像圖）具有大小等於或大於繞射結構經調諧以作用之光之波長的繞射結構。藉助於實例，若VCSEL 101發射以850 nm為中心之雷射光，則超表面200中之奈米結構230的尺寸經設定為使得最長尺寸小於850 nm。
圖2D說明第一折射半導體層210可具有恆定厚度211，而第二折射半導體層220具有變化的厚度，此係由於奈米結構230將不同深度提供至第二折射半導體層220以更改入射雷射光150之相位以提供預期光束成形輪廓。第一折射半導體層210可具有低於第二折射半導體層220之第二折射率的第一折射率以增加折射率對比度。對於近紅外波長而言，第一折射率及第二折射率可高於三。
在一實施中，第一折射半導體層210包括磷酸銦鎵（Ga 0.5In 0.5P）。第二折射半導體層220可包括砷化鎵（GaAs）。第二折射半導體層220可包括砷化鋁鎵（AlGaAs）。
圖3A至圖3B說明根據本揭示之態樣的控制入射雷射光150之光束發散的實例光束成形輪廓341。光束成形輪廓341藉由將雷射光150聚焦為成形雷射光345來控制入射雷射光150之光束發散。成形雷射光345為會聚的。光束成形輪廓341可被視為超透鏡。圖3B說明光束成形超表面390可類似於光束成形輪廓341進行組態以控制入射雷射光150之光束發散以產生成形雷射光345。光束成形超表面390可經組態以具有不同焦距。光束成形超表面390亦可經組態以準直雷射光150以產生準直成形雷射光345。
圖4A至圖4B說明根據本揭示之態樣的控制入射雷射光150之光束發散的實例光束成形輪廓441。光束成形輪廓441藉由將雷射光150散焦為成形雷射光445來控制入射雷射光150之光束發散。成形雷射光445為發散的。光束成形輪廓441可被視為超透鏡。圖4B說明光束成形超表面490可類似於光束成形輪廓441進行組態以控制入射雷射光150之光束發散以產生成形雷射光445。在一些實施中，發散成形雷射光445之光束發散角可具有20度與60度之間的發散角。
圖5A至圖5B說明根據本揭示之態樣的控制入射雷射光150之偏轉角的實例光束成形輪廓541。光束成形輪廓541藉由使雷射光150偏轉為成形雷射光545來控制入射雷射光150之偏轉角。光束成形輪廓541可被視為超稜鏡。圖5B說明光束成形超表面590可類似於光束成形輪廓541進行組態以控制入射雷射光150之偏轉角θ以產生成形雷射光545。光束成形超表面590可經組態以使入射雷射光150以不同角度θ偏轉，其中θ經量測為入射雷射光150與偏轉成形雷射光545之間的角度。
偏轉角θ可根據以下關係根據超稜鏡相位輪廓來設計：
等式（1）   ϕ ( x, y) = 2π/λ * x *sin θ 其中ϕ表示超稜鏡表面上之相位、θ表示入射光與偏轉光之間的角度、λ為雷射光之波長，且(x,y)為相對於超稜鏡之中心的空間座標。超稜鏡上之相位變化率遵循以下關係：
等式（2）
Figure 02_image001
= 2π/λ *sin θ
圖6A說明根據本揭示之態樣的包括用以控制雷射光150之光束發散的超透鏡組件及控制雷射光150之偏轉角的超稜鏡組件之實例光束成形輪廓640。光束成形輪廓640包括使雷射光150散焦之超透鏡組件641。光束成形輪廓640亦包括超稜鏡組件642及超稜鏡組件643以藉由使雷射光150偏轉來控制入射雷射光150之偏轉角。超稜鏡組件643經說明為具有延伸至頁面中之斜面的稜鏡。共同地，超稜鏡組件642及超稜鏡組件643以兩個維度控制成形雷射光645之偏轉角。本揭示之光束成形超表面（例如超表面190）可類似於光束成形輪廓640進行組態以控制入射雷射光150之光束發散及偏轉角以產生成形雷射光645。
圖6B說明根據本揭示之態樣的包括用以控制雷射光150之光束發散、會聚或準直的超透鏡組件及控制雷射光150之偏轉角的超稜鏡組件之實例光束成形輪廓660。光束成形輪廓660包括使雷射光150聚焦之超透鏡組件661。光束成形輪廓660亦包括超稜鏡組件662及超稜鏡組件663以藉由使雷射光150偏轉來控制入射雷射光150之偏轉角。超稜鏡組件663經說明為具有延伸至頁面中之斜面的稜鏡。共同地，超稜鏡組件662及超稜鏡組件663以兩個維度控制成形雷射光655之偏轉角。本揭示之光束成形超表面（例如超表面190）可類似於光束成形輪廓660進行組態以控制入射雷射光150之光束發散及偏轉角以產生成形雷射光655。
圖6A及圖6B說明幾乎可將任何光束成形輪廓寫入至本揭示之超表面中。此外，可將複數個不同光束成形輪廓寫入至本揭示之超表面中，使得超表面190可相對於雷射101移動，以照明不同光束成形輪廓，且因此產生動態成形之雷射光153之不同光束形狀。因此，本揭示之超表面可經組態以執行使雷射光150聚焦、散焦及/或偏轉之任何組合，以產生成形雷射光。
圖7A說明根據本揭示之態樣的與雷射之光學孔徑770之光軸760軸向地對準的超表面之實例光束成形輪廓341。當然，可使用其他光束成形輪廓來代替光束成形輪廓341。孔徑界定層740界定雷射之光學孔徑770，且光軸760正交於平行於光學孔徑770之平面703。光軸760延伸通過光學孔徑770之中心。雷射光750聚焦至光束成形輪廓341之焦點749。因此，動態成形之雷射光751傳播至焦點749。在圖7A中，操縱致動器（例如操縱致動器195）將包括光束成形輪廓341的超表面定位在所說明位置中。具有光束成形輪廓341之超表面的平面704經說明為平行於圖7A中之光學孔徑770的平面703。操縱致動器可將具有光束輪廓341之超表面調整至平面704中之不同位置。
圖7B說明超表面之光束成形輪廓341與雷射之光學孔徑770之光軸760軸向地對準的俯視圖。因此，圖7B說明動態成形之雷射光751，其沿著光軸760傳播且沿著光束成形輪廓341之中心軸742傳播，此係由於光軸760及中心軸742在圖7B中對準。在圖7B中，動態成形之雷射光751延伸出頁面。在圖7B之圖示中，超表面之光束成形輪廓341與光學孔徑770同心。
圖7C說明根據本揭示之態樣的自光學孔徑770之光軸760偏移的超表面之光束成形輪廓341的中心軸742。操縱致動器調整超表面相對於雷射之光學孔徑770的軸向位置，以改變動態成形之雷射光752的光束形狀。與圖7A之動態成形之雷射光751相比，動態成形之雷射光752具有由操縱致動器將超表面之位置調整偏移距離730而產生之偏轉角。舉例而言，偏移距離730可介於一微米與五微米之間。圖7D說明經調整偏移距離730之光束成形輪廓341的俯視圖，且說明具有到達焦點749的偏轉角之動態成形之雷射光752。特定言之，光束成形輪廓341之中心軸742已沿著x軸調整偏移距離730，以將焦點749移動偏移距離730。
圖7E說明自光學孔徑770之光軸760偏移了大於偏移距離730之偏移距離731的超表面之光束成形輪廓341的中心軸742。操縱致動器調整超表面相對於雷射之光學孔徑770的軸向位置，以改變動態成形之雷射光753的光束形狀。動態成形之雷射光753具有由操縱致動器將超表面之位置調整偏移距離731而產生之偏轉角。動態成形之雷射光753的偏轉角甚至大於圖7D之動態成形之雷射光752。在一些實施中，偏轉角可為60度或更大。在一些實施中，偏轉角可為75度或更大。圖7F說明經調整偏移距離731之光束成形輪廓341的俯視圖，且說明具有到達焦點749的更大偏轉角之動態成形之雷射光753。特定言之，光束成形輪廓341之中心軸742已沿著x軸調整偏移距離731，以將焦點749移動偏移距離731。因此，圖7A至圖7F說明操縱致動器可調整超表面相對於雷射之位置，以改變動態成形之雷射光的光束形狀。當然，更精細的調整為可能的，使得可精細地控制動態成形之雷射光的偏轉角。另外，所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，操縱致動器亦可沿著x軸在相對方向上調整超表面，以在動態成形之雷射光752及753的相對方向上導引動態成形之雷射光。
圖7G及圖7H說明根據本揭示之態樣的可在第一軸（例如x軸）及第二軸（例如y軸）上調整操縱致動器以控制動態成形之雷射光754之偏轉角。操縱致動器調整超表面相對於雷射之光學孔徑770的位置，以改變動態成形之雷射光754的光束形狀。動態成形之雷射光754具有由操縱致動器將超表面之位置調整偏移距離738而產生之偏轉角。圖7H展示偏移距離738為操縱致動器藉由超表面之x偏移736及超表面之y偏移737調整超表面之組合。因此，動態成形之雷射光偏轉至光束成形輪廓341之焦點749（沿著中心軸749）。此處，圖7G及圖7H再次說明x軸及y軸偏移之一個實例位置，且操縱致動器可將光束成形輪廓341偏移至任何x軸及y軸偏移，以根據由驅動操縱致動器之操縱信號199命令的任何偏轉角操縱動態成形之雷射光754。
圖8A至圖8G說明根據本揭示之態樣的寫入至單個超表面中之多個光束成形輪廓。實例超表面810包括光束成形輪廓811、812、813、814、815及816。光束成形輪廓812、813、814、815及816可被視為超稜鏡組件。在實例超表面810中，複數個超稜鏡組件逐漸增大動態成形之雷射光的偏轉角。
在圖8A中，雷射光850遇到光束成形輪廓811，且動態成形之雷射光851可在與雷射光850相同的光學路徑上繼續，因為光束成形輪廓811未向入射雷射光850賦予偏轉角。
圖8B說明操縱致動器已相對於雷射調整超表面810，使得雷射光850遇到光束成形輪廓812。光束成形輪廓812賦予微小偏轉角以產生動態成形之雷射光852。
圖8C說明操縱致動器已相對於雷射調整超表面810，使得雷射光850遇到光束成形輪廓813。光束成形輪廓813賦予偏轉角以產生大於動態成形之雷射光852之偏轉角的動態成形之雷射光853。
圖8D說明操縱致動器已相對於雷射調整超表面810，使得雷射光850遇到光束成形輪廓814。光束成形輪廓814賦予偏轉角以產生大於動態成形之雷射光853之偏轉角的動態成形之雷射光854。
圖8E說明操縱致動器已相對於雷射調整超表面810，使得雷射光850遇到光束成形輪廓815。光束成形輪廓815賦予偏轉角以產生大於動態成形之雷射光854之偏轉角的動態成形之雷射光855。
圖8F說明操縱致動器已相對於雷射調整超表面810，使得雷射光850遇到光束成形輪廓816。光束成形輪廓816賦予偏轉角以產生大於動態成形之雷射光855之偏轉角的動態成形之雷射光856。
圖8G說明光束成形輪廓組件811、812、813、814、815及816可線性地配置於超表面810上，使得沿著第一軸830之偏移距離（由操縱致動器驅動）允許調整動態地操縱之雷射光的偏轉角。
圖8H說明光束成形輪廓組件811、812、813、814、815及816可配置於超表面860上，使得沿著第一軸830及沿著第二軸831之偏移距離（由操縱致動器驅動）允許調整動態地操縱之雷射光的偏轉角。在其他實施（未說明）中，可沿著具有多個光束成形輪廓組件之超表面的第一軸移動光束，或可對角地移動光束以照明超表面中之特定光束成形輪廓組件。
圖9A說明根據本揭示之態樣的包括處理邏輯990、複數個雷射901及形成於折射層940中之複數個超表面941的裝置900。折射層940可包括上文所描述之折射半導體層、折射介電層及/或折射絕緣體層中之任一者。圖9B說明複數個超表面941A、941B、941C、941D、941E、941F、941G、941H及941I（統稱為超表面941）可對準於對應雷射901A、901B、901C、901D、901E、901F、901G、901H及901I（統稱為雷射901）之孔徑上。雷射901可為VCSEL。雷射901可為近紅外雷射。
返回至圖9A，處理邏輯990回應於一或多個操縱信號999而選擇性地啟動雷射901。舉例而言，處理邏輯990可藉由將電壓驅動至將電流提供至特定雷射901之電晶體的閘極上來啟動（接通）特定雷射901以發射雷射光。在一些實施中，處理邏輯990一次僅啟動一個雷射。在一些實施中，處理邏輯990可在同一時間段內啟動複數個雷射。每一超表面941可具有與其他超表面941不同之光束成形輪廓，使得啟動每一雷射901產生具有不同照明輪廓之成形雷射光。
圖9A及圖9B說明雷射901及對應超表面941之三乘三陣列。當然，可使用具有不同數目之雷射及對應超表面之其他配置。舉例而言，具有對應數目之超表面941的三個雷射、四個雷射、六個雷射、八個雷射或十六個雷射之陣列為可能的。
藉助於實例，裝置可包括經組態以經由第一雷射之第一孔徑發射第一雷射光（例如901A）之第一雷射及經組態以經由第二雷射之第二孔徑發射第二雷射光之第二雷射（例如901B）。裝置可包括經組態以回應於第一操縱信號而啟動第一雷射以發射第一雷射光的處理邏輯。處理邏輯亦可經組態以回應於第二操縱信號而啟動第二雷射以發射第二雷射光。第一超表面（例如超表面941A）安置於第一雷射之第一孔徑上方。第一超表面經組態以回應於自第一雷射接收第一雷射光而產生第一成形雷射光。第二超表面（例如超表面941B）安置於第二雷射之第二孔徑上方。第二超表面經組態以回應於自第二雷射接收第二雷射光而產生第二成形雷射光。第二成形雷射光具有與第一成形雷射光不同之照明輪廓。
處理邏輯可經組態以回應於接收第二操縱信號而停用第一雷射且經組態以回應於接收第一操縱信號而停用第二雷射，使得第二雷射在第一雷射接通時斷開，且反之亦然。
裝置可進一步包括經組態以經由第三雷射之第三孔徑發射第三雷射光之第三雷射（例如第三雷射901C）及經組態以經由第四雷射之第四孔徑發射第四雷射光之第四雷射（例如雷射901D）。第三超表面（例如超表面941C）可安置於第三雷射之第三孔徑上方。第三超表面經組態以回應於自第三雷射接收第三雷射光而產生第三成形雷射光。第四超表面（例如超表面941D）可安置於第四雷射之第四孔徑上方。第四超表面經組態以回應於自第四雷射接收第四雷射光而產生第四成形雷射光。第三成形雷射光具有與第一成形雷射光、第二成形雷射光及第四成形雷射光不同之照明輪廓。處理邏輯可經進一步組態以回應於第三操縱信號而啟動第三雷射以發射第三雷射光，且回應於第四操縱信號而啟動第四雷射以發射第四雷射光。
圖9C說明根據本揭示之態樣的包括至少三個雷射901A、901B及901C之實例裝置980的側視圖。圖9C說明當第一雷射901A啟動時，超表面941A回應於接收雷射光950A而產生動態成形之雷射光953A。雷射光950A自主動區930A射出，且穿過反射體層960A及穿過光學孔徑970A傳播。當第二雷射901B啟動時，超表面941B回應於接收雷射光950B而產生動態成形之雷射光953B。雷射光950B自主動區930B射出，且穿過反射體層960B及穿過光學孔徑970B傳播。當第三雷射901C啟動時，超表面941C回應於接收雷射光950C而產生動態成形之雷射光953C。雷射光950C自主動區930C射出，且穿過反射體層960C及穿過光學孔徑970C傳播。處理邏輯990可回應於接收一或多個操縱信號999而選擇性地啟動第一雷射901A、第二雷射901B及第三雷射901C。儘管動態成形之雷射光953A、953B及953C在圖9C中均說明為被發射，但在特定時間段可僅發射動態成形之雷射光953中之一者。
圖9C說明可取決於經啟動之雷射901而產生動態成形之雷射光953之不同照明輪廓。舉例而言，啟動雷射901A產生經偏轉且具有相對較窄的照明輪廓959A之動態成形之雷射光953A。在一些實施中，照明輪廓959A可被準直。啟動雷射901B產生具有發散照明輪廓959B之動態成形之雷射光953B。啟動雷射901C產生具有發散及偏轉照明輪廓959C之動態成形之雷射光953C。因此，將不同超表面941與不同雷射901配對允許選擇性地產生可寫入至超表面中之幾乎任何照明輪廓959。
圖9C說明在一些實施中，可在共用基板910上製造複數個雷射。複數個雷射可共用同一第一反射體層920。此外，主動區930及第二反射體層960可在同一半導體製造製程中製造。超表面941A、941B及941C可形成於同一折射層940中。折射層940可包括本揭示中所描述之折射半導體層、折射介電層或其他折射絕緣體層。當折射層940在形成雷射901之同一製造製程中形成於雷射901之孔徑970上方時，折射層940可與雷射901A、901B及901C整合。超表面941可在包括光微影技術之消減蝕刻製程中形成。
圖10A說明根據本揭示之一具體實例的包括用於在眼眶方向上對紅外光進行動態光束操縱之光束操縱裝置1050之陣列的實例頭戴式裝置1000。頭戴式裝置1000包括耦接至臂1011A及1011B之框架1014。透鏡1021A及1021B安裝至框架1014。透鏡1021可為與頭戴式裝置之特定穿戴者匹配的處方透鏡或非處方透鏡。所說明之頭戴式裝置1000經組態以穿戴於頭戴式裝置之使用者的頭部上或周圍。
在圖10A中，頭戴式裝置1000為頭戴式顯示器（head mounted display，HMD），其中每一透鏡1021包括波導1060以將藉由顯示器1030產生的影像光導引至眼眶區域以供頭戴式裝置1000的穿戴者觀看。顯示器1030可包括用於將影像光導引至頭戴式裝置1000之穿戴者的LCD、有機發光二極體（organic light emitting diode，OLED）顯示器、微型LED顯示器、量子點顯示器、微微投影儀或矽上液晶（liquid crystal on silicon，LCOS）顯示器。舉例而言，一些頭戴式裝置可能未必為HMD，但仍包括紅外光源以出於眼球跟蹤目的而照明眼眶區。
頭戴式裝置之框架1014及臂1011可包括頭戴式裝置1000之支撐硬體。頭戴式裝置1000可包括以下中之任一者：處理邏輯、用於發送及接收資料之有線及/或無線資料介面、圖形處理器，及用於儲存資料及電腦可執行指令之一或多個記憶體。在一個具體實例中，頭戴式裝置1000可經組態以接收有線電力。在一個具體實例中，頭戴式裝置1000經組態以由一或多個電池供電。在一個具體實例中，頭戴式裝置1000可經組態以經由有線通信通道接收包括視訊資料之有線資料。在一個具體實例中，頭戴式裝置1000經組態以經由無線通信通道接收包括視訊資料之無線資料。
透鏡1021對使用者來說可呈現為透明的以促進擴增實境或混合實境，其中使用者可觀看來自其周圍之環境的場景光，同時亦接收藉由波導1060導引至其眼球之影像光。透鏡1021可包括用於將反射紅外光（由光束操縱裝置1050發射）導引至眼球追蹤攝影機（例如攝影機1091）之光學組合器1093。所屬技術領域中具有通常知識者理解，位於透明基板上之光束操縱裝置1050的陣列亦可有利地包括於VR頭戴裝置中，其中光學結構之透明性質允許使用者觀看VR頭戴裝置中之顯示器。在圖10A之一些具體實例中，影像光僅導引至頭戴式裝置1000之穿戴者之一只眼睛中。在一具體實例中，包括顯示器1030A及1030B兩者以分別將影像光導引至波導1060A及1060B中。儘管所屬技術領域中具有通常知識者瞭解，在一些具體實例中，可使用其他雷射代替具體描述之VCSEL，但術語VCSEL在整個本揭示內容中一般用作光源之實例。
透鏡1021B包括光束操縱裝置1050之陣列。裝置1050可包括近紅外光源，其在向眼方向上將其發射之近紅外光導引至頭戴式裝置1000之穿戴者的眼眶區域。裝置1050可包括本揭示之能夠使用超表面進行動態光束操縱的光束操縱裝置（例如裝置100、900或980）。包括於光束操縱裝置1050中之VCSEL可發射具有例如850 nm或940 nm之波長的近紅外光。極小金屬跡線或透明導電層（例如氧化銦錫）可延伸通過透鏡1021B以促進每一裝置1050之選擇性照明。透鏡1021A可類似於所說明透鏡1021B進行組態。
雖然光束操縱裝置1050可將遮擋件引入至包括於頭戴式裝置1000中的光學系統中，但裝置1050及對應佈線可如此小以致對頭戴式裝置之穿戴者來說不可察覺或光學上不顯著。另外，來自裝置1050之任何遮擋件將置放得如此靠近眼睛以致人眼無法聚焦且因此幫助裝置1050不被察覺。除了頭戴式裝置1000之穿戴者可能注意到裝置1050之外，頭戴式裝置1000之外部觀察者可較佳地不注意光束操縱裝置1050。由於光束操縱裝置1050具有光束操縱能力，因此當與靜態光源相比時，可能需要使用較少光束操縱裝置1050來有效地照明眼眶區域。舉例而言，圖10A僅展示四個光束操縱裝置1050A、1050B、1050C及1050D用於照明眼眶區，其中二十個或大於二十個VCSEL之陣列先前可能已用於照明眼眶區。此外，裝置1050之光束操縱能力可允許光束操縱裝置1050安置於使用者之視場（field of view，FOV）外。舉例而言，光束操縱裝置1050E安置於頭戴式裝置1000之框架1014中。在一些實施中，包括源及超表面之光束操縱裝置可置放於頭戴式裝置1000之框架1014或鏡腿區域上以照明包括於透鏡1021中之額外光學器件。在此實施中，額外光學器件經組態以重導引自光束操縱裝置接收之光束以照明眼眶。額外光學器件可為經組態以反射與所接收光束之線寬匹配之近紅外波長的全像光學元件（holographic optical element，HOE），或額外光學器件可包括二向色反射器（有時稱為「熱鏡」）以反射與所接收光束之線寬匹配之近紅外波長。
圖10B說明包括複數個光束操縱裝置1062之實例近眼光學元件1072，該複數個光束操縱裝置1062包括雷射（例如VCSEL）及光束成形超表面。光束操縱裝置1062可與透明光學層1080耦接。透明光學層1080之向眼側與透明光學層1080之場景側相對安置。舉例而言，近眼光學元件1072可包括至頭戴式裝置1000中。出於照明眼眶區1075之目的，動態地操縱雷射光1061以照明眼眶區1075可能為有利的。為照明眼眶區1075，光束操縱裝置1062可受益於動態地改變雷射光1061之光束形狀。光束操縱裝置1062可經驅動以回應於由頭戴式裝置1000之攝影機（例如攝影機991）擷取的跟球追蹤影像而照明眼眶區1075之特定部分。
本發明之具體實例可包括一人工實境系統，或可與該人工實境系統一起實施。人工實境為在對使用者呈現前已按某一方式調整的實境形式，其可包括例如虛擬實境（virtual reality，VR）、擴增實境（augmented reality，AR）、混合實境（mixed reality，MR）、混雜實境或其某一組合及/或衍生。人工實境內容可包括完全產生內容或與所擷取（例如，真實世界）內容組合之所產生內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、觸覺反饋或其某一組合，且其中之任一者可在單一通道中或在多個通道中呈現（諸如，對觀看者產生三維效應之立體聲視訊）。另外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用於例如在人工實境中創造內容及/或另外用於人工實境中（例如，在人工實境中執行活動）之應用、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。提供人工實境內容之人工實境系統可實施於各種平台上，包括連接至主機電腦系統之頭戴式顯示器（HMD）、獨立式HMD、行動裝置或計算系統，或能夠向一或多個觀看者提供人工實境內容的任何其他硬體平台。
本揭示中之術語「處理邏輯」（例如，990）可包括一或多個處理器、微處理器、多核心處理器、特定應用積體電路（Application-specific integrated circuit，ASIC）及/或場可程式化閘陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）以執行本文中所揭示的操作。在一些具體實例中，記憶體（未說明）經整合至處理邏輯中，以儲存用以執行操作之指令及/或儲存資料。處理邏輯亦可包括類比或數位電路系統，以執行根據本揭示之具體實例的操作。
本揭示中所描述之「記憶體（memory或memories）」可包括一或多個揮發性或非揮發性記憶體架構。「記憶體（memory或memories）」可為以任何方法或技術實施以用於儲存資訊（諸如，電腦可讀取指令、資料結構、程式模組或其他資料）的抽取式及非抽取式媒體。實例記憶體技術可包括RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體、CD-ROM、數位多功能光碟（DVD）、高清晰度多媒體/資料儲存磁碟或其他光學儲存器、盒式磁帶、磁帶、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置，或可用於儲存資訊以供計算裝置存取之任何其他非傳輸媒體。
通信通道可包括或利用IEEE 802.11協定、藍芽、串列周邊介面（Serial Peripheral Interface，SPI）、內積體電路（Inter-Integrated Circuit，I 2C）、通用串列埠（Universal Serial Port，USB）、控制器區域網路（Controller Area Network，CAN）、蜂巢資料協定（例如，3G、4G、LTE 5G）、光學通信網路、網際網路服務提供者（Internet Service Provider，ISP）、對等式網路（peer-to-peer network）、區域網路（Local Area Network，LAN）、廣域網路（Wide Area Network，WAN）、公用網路（例如，「網際網路」）、專用網路、衛星網路或以其它方式來經由一或多個有線或無線通信路由。
計算裝置可包括桌上型電腦、膝上型電腦、平板電腦、平板手機、智慧型手機、功能型手機（feature phone）、伺服器電腦或其他。伺服器電腦可遠端地位於資料中心中或儲存於本端。
本發明之所說明具體實例的以上描述（包括發明摘要中所描述之內容）並不意欲為詳盡的或將本發明限於所揭示之精確形式。雖然本文中出於說明性目的描述本發明之特定具體實例及實例，但如所屬技術領域中具有通常知識者將認識到，在本發明之範圍內，各種修改係可能的。
根據以上詳細描述，可對本發明作出此等修改。在以下申請專利範圍中所使用之術語不應被視為將本發明限於本說明書中所揭示之特定具體實例。實情為，本發明之範圍應完全由以下申請專利範圍來判定，該申請專利範圍將根據申請專利範圍解釋之已確立原則來解釋。
100:光源 101:雷射 110:半導體基板 120:第一反射體層 130:主動區 140:孔徑界定層 150:雷射光 153:動態成形之雷射光 159:發散光束形狀 160:第二反射體層 170:孔徑 180:雷射空腔 190:超表面 193:厚度 195:操縱致動器 196:第一軸致動器 197:第二軸致動器 199:操縱信號 200:混合光束成形超表面 210:第一折射半導體層 211:厚度 220:第二折射半導體層 230:奈米結構 230A:奈米結構 230X:奈米結構 231:半徑 232:高度 280:截面 341:光束成形輪廓 345:成形雷射光 390:光束成形超表面 441:光束成形輪廓 445:成形雷射光 490:光束成形超表面 541:光束成形輪廓 545:成形雷射光 590:光束成形超表面 640:光束成形輪廓 641:超透鏡組件 642:超稜鏡組件 643:超稜鏡組件 645:成形雷射光 655:成形雷射光 660:光束成形輪廓 661:超透鏡組件 662:超稜鏡組件 663:超稜鏡組件 703:平面 704:平面 730:偏移距離 731:偏移距離 736:x偏移 737:y偏移 738:偏移距離 740:孔徑界定層 742:中心軸 749:焦點 750:雷射光 751:動態成形之雷射光 752:動態成形之雷射光 753:動態成形之雷射光 754:動態成形之雷射光 760:光軸 770:光學孔徑 810:超表面 811:光束成形輪廓 812:光束成形輪廓 813:光束成形輪廓 814:光束成形輪廓 815:光束成形輪廓 816:光束成形輪廓 830:第一軸 831:第二軸 850:雷射光 851:動態成形之雷射光 852:動態成形之雷射光 853:動態成形之雷射光 854:動態成形之雷射光 855:動態成形之雷射光 856:動態成形之雷射光 860:超表面 900:裝置 901:雷射 901A:雷射 901B:雷射 901C:雷射 901D:雷射 901E:雷射 901F:雷射 901G:雷射 901H:雷射 901I:雷射 910:共用基板 920:第一反射體層 930:主動區 930A:主動區 930B:主動區 930C:主動區 940:折射層 941:超表面 941A:超表面 941B:超表面 941C:超表面 941D:超表面 941E:超表面 941F:超表面 941G:超表面 941H:超表面 941I:超表面 950A:雷射光 950B:雷射光 950C:雷射光 953A:動態成形之雷射光 953B:動態成形之雷射光 953C:動態成形之雷射光 959:照明輪廓 959A:照明輪廓 959B:照明輪廓 959C:照明輪廓 960:第二反射體層 960A:反射體層 960B:反射體層 960C:反射體層 970A:光學孔徑 970B:光學孔徑 970C:光學孔徑 980:裝置 990:處理邏輯 999:操縱信號 1000:頭戴式裝置 1011A:臂 1011B:臂 1014:框架 1021:透鏡 1021A:透鏡 1021B:透鏡 1030:顯示器 1030A:顯示器 1030B:顯示器 1050:光束操縱裝置 1050A:光束操縱裝置 1050B:光束操縱裝置 1050C:光束操縱裝置 1050D:光束操縱裝置 1050E:光束操縱裝置 1060:波導 1060A:波導 1060B:波導 1061:雷射光 1062:光束操縱裝置 1072:近眼光學元件 1075:眼眶區 1080:透明光學層 1091:攝影機 1093:光學組合器 θ:偏轉角
參考以下諸圖描述本發明之非限制性及非詳盡性具體實例，其中除非另外指定，否則貫穿各種視圖，相同參考編號指代相同部分。 [圖1A]說明根據本揭示之態樣的包括雷射、超表面及經組態以調整超表面相對於雷射之位置之操縱致動器的光源。 [圖1B]說明根據本揭示之態樣的實例操縱致動器之俯視圖。 [圖2A]至[圖2D]說明根據本揭示之態樣的混雜光束成形超表面之實例實施。 [圖3A]至[圖3B]說明根據本揭示之態樣的控制入射雷射光之光束發散的實例光束成形輪廓。 [圖4A]至[圖4B]說明根據本揭示之態樣的控制入射雷射光之光束發散的實例光束成形輪廓。 [圖5A]至[圖5B]說明根據本揭示之態樣的控制入射雷射光之偏轉角的實例光束成形輪廓。 [圖6A]說明根據本揭示之態樣的包括用以控制雷射光之光束發散的超透鏡組件及控制雷射光之偏轉角的超稜鏡組件之實例光束成形輪廓。 [圖6B]說明根據本揭示之態樣的包括用以控制雷射光之光束發散的超透鏡組件及控制雷射光之偏轉角的超稜鏡組件之實例光束成形輪廓。 [圖7A]至[圖7H]說明根據本揭示之態樣的在相對於雷射之光學孔徑的光軸之各種對準位置中的等效超表面之光束成形輪廓。 [圖8A]至[圖8H]說明根據本揭示之態樣的寫入至單個超表面中之多個光束成形輪廓。 [圖9A]至[圖9C]說明根據本揭示之態樣的包括複數個雷射及複數個超表面之裝置。 [圖10A]至[圖10B]說明根據本揭示之態樣的包括用於在眼眶方向上對紅外光進行動態光束操縱之光束操縱裝置的實例頭戴式裝置及近眼光學元件。
100:光源
101:雷射
110:半導體基板
120:第一反射體層
130:主動區
140:孔徑界定層
150:雷射光
153:動態成形之雷射光
159:發散光束形狀
160:第二反射體層
170:孔徑
180:雷射空腔
190:超表面
195:操縱致動器

Claims (20)

  1. 一種近眼光學元件，其包含： 透明光學層，其中該透明光學層包括與該透明光學層之場景側相對安置之向眼側；及 近紅外光源，其與該透明光學層耦接，該近紅外光源包括： 近紅外垂直空腔表面發射雷射（vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL），其經組態以發射近紅外雷射光； 超表面，其經組態以回應於自該近紅外垂直空腔表面發射雷射接收該近紅外雷射光而產生動態成形之近紅外雷射光；及 操縱致動器，其經組態以接收操縱信號，其中該操縱致動器經組態以調整該超表面相對於該近紅外垂直空腔表面發射雷射之一位置，以改變該動態成形之近紅外雷射光之光束形狀以用於照明眼眶區域。
  2. 如請求項1之近眼光學元件，其中該操縱致動器經組態以相對於該近紅外垂直空腔表面發射雷射之光軸改變該超表面之一軸向位置。
  3. 如請求項1之近眼光學元件，其中該操縱致動器包括壓電致動器、微機電系統（micro-electro-mechanical system，MEMS）或靜電致動器中之至少一者。
  4. 一種裝置，其包含：  雷射，其經組態以發射雷射光； 超表面，其經組態以回應於自該雷射接收該雷射光而產生動態成形之雷射光；及 操縱致動器，其經組態以接收操縱信號，其中該操縱致動器經組態以調整該超表面相對於該雷射之一位置，以改變該動態成形之雷射光之光束形狀。
  5. 如請求項4之裝置，其中該操縱致動器經組態以改變該超表面相對於該雷射之光軸的一軸向位置。
  6. 如請求項5之裝置，其中該操縱致動器經組態以調整該超表面相對於該雷射之該光軸之x偏移及y偏移。
  7. 如請求項4之裝置，其中該操縱致動器耦接至該雷射。
  8. 如請求項4之裝置，其中該雷射為發射近紅外雷射光之近紅外雷射。
  9. 如請求項4之裝置，其中該超表面包括由折射半導體層形成之奈米結構。
  10. 如請求項4之裝置，其中該超表面具有小於500 nm之厚度。
  11. 如請求項4之裝置，其中該動態成形之雷射光的偏轉角為60度或更大。
  12. 如請求項11之裝置，其中該動態成形之雷射光的該偏轉角為75度或更大。
  13. 如請求項4之裝置，其中該超表面包括逐漸增大該動態成形之雷射光之偏轉角的複數個超稜鏡組件。
  14. 如請求項4之裝置，其中該操縱致動器包括壓電致動器、微機電系統（MEMS）或靜電致動器中之至少一者。
  15. 如請求項4之裝置，其中該操縱致動器經組態以沿著平行於該雷射之光學孔徑之第二平面的第一平面調整該超表面之該位置。
  16. 一種裝置，其包含： 第一雷射，其經組態以經由該第一雷射之第一孔徑發射第一雷射光； 第二雷射，其經組態以經由該第二雷射之第二孔徑發射第二雷射光； 處理邏輯，其經組態以回應於第一操縱信號而啟動該第一雷射以發射該第一雷射光，其中該處理邏輯經組態以回應於第二操縱信號而啟動該第二雷射以發射該第二雷射光； 第一超表面，其安置於該第一雷射之該第一孔徑上方，其中該第一超表面經組態以回應於自該第一雷射接收該第一雷射光而產生第一成形雷射光；及 第二超表面，其安置於該第二雷射之該第二孔徑上方，其中該第二超表面經組態以回應於自該第二雷射接收該第二雷射光而產生第二成形雷射光，其中該第二成形雷射光具有與該第一成形雷射光不同之照明輪廓。
  17. 如請求項16之裝置，其中該第一超表面及該第二超表面由一同一折射半導體層形成。
  18. 如請求項17之裝置，其中該同一折射半導體層與該第一雷射及該第二雷射整合。
  19. 如請求項16之裝置，其中該第一雷射為第一近紅外垂直空腔表面發射雷射（VCSEL），且其中該第二雷射為第二近紅外垂直空腔表面發射雷射，且另外其中該處理邏輯經組態以回應於接收該第二操縱信號而停用該第一雷射且經組態以回應於接收該第一操縱信號而停用該第二雷射。
  20. 如請求項16之裝置，其進一步包含： 第三雷射，其經組態以經由該第三雷射之第三孔徑發射第三雷射光； 第四雷射，其經組態以經由該第四雷射之第四孔徑發射第四雷射光； 第三超表面，其安置於該第三雷射之該第三孔徑上方，其中該第三超表面經組態以回應於自該第三雷射接收該第三雷射光而產生第三成形雷射光；及 第四超表面，其安置於該第四雷射之該第四孔徑上方，其中該第四超表面經組態以回應於自該第四雷射接收該第四雷射光而產生第四成形雷射光，其中該第三成形雷射光具有與該第一成形雷射光、該第二成形雷射光及該第四成形雷射光不同之照明輪廓， 且其中該處理邏輯經組態以回應於第三操縱信號而啟動該第三雷射以發射該第三雷射光，且另外其中該處理邏輯經組態以回應於第四操縱信號而啟動該第四雷射以發射該第四雷射光。
TW111106054A 2021-03-30 2022-02-18 使用超表面進行動態光束操縱 TW202239091A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/217,904 US12025771B2 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Dynamic beam steering with metasurface
US17/217,904 2021-03-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202239091A true TW202239091A (zh) 2022-10-01

Family

ID=81346382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111106054A TW202239091A (zh) 2021-03-30 2022-02-18 使用超表面進行動態光束操縱

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12025771B2 (zh)
EP (1) EP4314933A1 (zh)
CN (1) CN117099035A (zh)
TW (1) TW202239091A (zh)
WO (1) WO2022212322A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240241377A1 (en) * 2023-01-12 2024-07-18 Lemon Inc. Optical device with addressable vcsel arrays

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120170114A1 (en) * 2011-01-04 2012-07-05 Triton Systems, Inc. Metamaterial filter
EP3642652A4 (en) 2017-06-19 2020-06-10 Magic Leap, Inc. DYNAMICALLY OPERABLE DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENT
US11353626B2 (en) * 2018-02-05 2022-06-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Meta illuminator
KR102155425B1 (ko) * 2018-05-14 2020-09-11 주식회사 에스오에스랩 라이다 장치
EP3799626A4 (en) * 2018-07-02 2022-03-30 Metalenz, Inc. META SURFACES FOR LASER SPECKLE REDUCTION
CN110858702A (zh) * 2018-08-22 2020-03-03 三星电子株式会社 背面发光式光源阵列器件和具有其的电子装置
DE102018126065A1 (de) 2018-10-19 2020-04-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optische anzeigevorrichtung und verfahren zum betrieb einer optischen anzeigevorrichtung
US11500185B2 (en) 2018-11-09 2022-11-15 Meta Platforms Technologies, Llc Catadioptric and refractive optical structures for beam shaping
US10886702B2 (en) 2018-11-09 2021-01-05 Facebook Technologies, Llc Vertical-cavity surface-emitting laser for near-field illumination of an eye
US11575246B2 (en) 2018-11-09 2023-02-07 Meta Platforms Technologies, Llc Wafer level optic and zoned wafer
US11650403B2 (en) 2019-02-08 2023-05-16 Meta Platforms Technologies, Llc Optical elements for beam-shaping and illumination
WO2021040250A1 (ko) * 2019-08-28 2021-03-04 주식회사 에스오에스랩 빅셀 어레이 및 이를 이용한 라이다 장치
CN115699316A (zh) * 2020-04-01 2023-02-03 麻省理工学院 用于眼部应用的基于元光学件的***和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220317438A1 (en) 2022-10-06
US12025771B2 (en) 2024-07-02
EP4314933A1 (en) 2024-02-07
CN117099035A (zh) 2023-11-21
WO2022212322A1 (en) 2022-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11714284B2 (en) Display device including foveal and peripheral projectors
US11650403B2 (en) Optical elements for beam-shaping and illumination
US10365550B2 (en) Systems, devices, and methods for focusing laser projectors
TW202129194A (zh) 用於主光線偏離補償的微發光二極體設計
US11070785B2 (en) Dynamic focus 3D display
EP3877801A2 (en) Catadioptric and refractive optical structures for beam shaping
US9541757B2 (en) Light flux diameter-expanding element and display apparatus
TW202239091A (zh) 使用超表面進行動態光束操縱
TW202327134A (zh) 具有角相依的光學濾波器的發光二極體
TW202301765A (zh) 光束整形超穎表面
US11649935B2 (en) Coupling light source to photonic integrated circuit
TW202314306A (zh) 用於層狀波導製造的選擇沉積或圖案化
CN118202292A (zh) 用于眼动追踪的场内成像***
TW202331357A (zh) 用於眼動追蹤的波導成像系統