[发明专利]用于全色成像的超颖表面和系统以及成像的方法

权利要求书

1.一种在波长范围内具有包括扭曲和波前编码的光学活性的超颖表面，包括：

多个柱，其包括具有第一折射率并且以正方形图案布置在衬底上的第一材料；和

所述多个柱中的各个柱之间的间隙，其包括具有小于所述第一折射率的第二折射率的间隙物质；

其中，所述多个柱中的柱的直径围绕所述超颖表面的光轴旋转不对称地变化，并且

其中，所述超颖表面的至少一部分限定透镜，所述透镜被成形为对于在所述波长范围内穿过所述超颖表面的光产生透镜效应。

2.根据权利要求1所述的超颖表面，其中，所述超颖表面配置成使穿过所述超颖表面的在所述波长范围内的光聚焦在扩展的焦深中。

3.根据权利要求2所述的超颖表面，其中，所述扩展的焦深在所述波长范围内在光谱上是基本不变的。

4.根据权利要求1所述的超颖表面，其中，所述超颖表面配置成对穿过所述超颖表面的在所述波长范围内的光的波前进行编码。

5.根据权利要求1所述的超颖表面，其中，所述透镜效应基于沿所述超颖表面的长度的柱-直径梯度产生。

6.根据权利要求5所述的超颖表面，其中，所述超颖表面是通过图案化以及在所述超颖表面的多个部分之间的衍射差异而限定的三次方相位板。

7.根据权利要求6所述的超颖表面，其中，穿过所述超颖表面的光的相位分布由下式给出：

其中，

f是所述超颖表面的焦距，

x和y是所述超颖表面在所述衬底的平面中的坐标，

z是所述超颖表面的传播方向，

λ是所述超颖表面的工作波长，

L是所述超颖表面的光圈宽度的一半，并且

α是所述超颖表面的三次方相位强度。

8.根据权利要求7所述的超颖表面，其中，α在约0π至约200π的范围内。

9.根据权利要求1所述的超颖表面，其中，所述波长范围包括在约400nm至约700nm的范围内的光。

10.根据权利要求1所述的超颖表面，其中，所述第一材料是氮化硅。

11.根据权利要求1所述的超颖表面，其中，所述间隙物质是空气或聚合物。

12.根据权利要求1所述的超颖表面，其中，所述多个柱的周期率小于所述波长范围内的最小波长；其中，所述多个柱的直径在所述波长范围内的所述最小波长的约25％和所述波长范围内的所述最小波长的约90％的范围内，并且其中，所述多个柱的厚度在所述波长范围的平均波长的约0.75倍和所述波长范围的所述平均波长的约1.5倍的范围内。

13.一种成像系统，包括：

在波长范围内具有包括扭曲和波前编码的光学活性的超颖表面，其中，所述超颖表面的至少一部分限定透镜，所述透镜被成形为对于在所述波长范围内穿过所述超颖表面的光产生透镜效应，所述超颖表面包括：

多个柱，所述多个柱包括具有第一折射率并且以正方形图案布置在衬底上的第一材料；和

所述多个柱中的各个柱之间的间隙，其包括具有小于所述第一折射率的第二折射率的间隙物质，

其中，所述多个柱中的柱的直径围绕所述超颖表面的光轴旋转不对称地变化；

光电探测器，所述光电探测器定位成吸收已经穿过所述超颖表面的光，并配置成基于所吸收的光而生成信号；和

可操作地耦合到所述光电探测器的控制器，所述控制器包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时使器件执行以下操作：

基于穿过所述超颖表面的在所述波长范围内的光，使用所述光电探测器来生成多个信号；

计算重建所述多个信号以提供多个计算重建的信号；和

基于由所述光电探测器所吸收的光，使用所述多个计算重建的信号来生成图像。