利用多层衍射光学处理器的晶圆级纳米制造实现宽带单向可见光成像

我们提出了一种在光谱可见光部分工作的宽带且偏振不敏感的单向成像器，其图像形成在一个方向上发生，而在相反方向上被阻挡。该方法通过深度学习驱动的衍射光学设计以及使用高纯度熔融石英的晶圆级纳米制造来实现，以确保光学透明性和热稳定性。我们的设计在三种可见光波长（覆盖光谱的红、绿和蓝部分）上实现了单向成像，并且我们通过在正向创建高保真度图像并在反向生成微弱、失真的输出模式，实验验证了这种宽带单向成像器，这与我们的数值模拟一致。这项工作展示了衍射光学处理器的晶圆级生产，其特征是分布在两个轴向对齐的衍射层上的 16 级纳米级相位特征，用于可见光单向成像。这种方法促进了每个晶圆约 5 亿个纳米级相位特征的大规模生产，支持适合大孔径和多任务并行处理的数百到数千个多层衍射处理器的高通量制造。我们的设计可以无缝集成到传统光学系统中，拓宽了其在安全、国防和电信等领域的适用性。除了可见光谱中的宽带单向成像外，这项研究还为人工智能赋能的衍射光学建立了一条具有多功能应用的途径，标志着具有工业级大规模可扩展制造的光学设备功能新时代的到来。