CN120936567A - 基于拓扑暗态的光学装置和用于它的光学元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纳米光子学领域，并涉及一种光学装置。所述光学装置包含光谱中波长为λ_1s的光源，其中所述光源被实现为图像投影仪，以及在(x,y)平面内是平面的光学元件，其法线与所述光源的光轴成θ_1s角。所述光学元件至少包含厚度为d₁、介电磁导率为ε₁的第一光学透明电介质层，厚度为d₂≤100 nm、介电磁导率为ε₂的第二吸收性二维材料层，以及介电磁导率为ε₃的光学透明基板。所述层和基板被配置为形成拓扑暗态点。技术效果在于提供了产生具有高图像质量的用于超薄结构的平面光学器件的可能性。

Description

基于拓扑暗态的光学装置和用于它的光学元件

技术领域

本发明涉及纳米光子学领域，并且具体而言涉及基于平面衍射光学元件的投影光学装置，并且可用于在形成虚拟、增强或扩展现实（VR/AR/XR）时在视场中创建物体的虚拟图像，还可用于形成其他光学元件，例如光学微分器、透镜、光学物镜等。

背景技术

现有技术公开了一种用于形成增强现实（AR）的光学装置，其包含采取透明全息屏幕（例如车辆挡风玻璃）形式的光学元件和将来自发射器的图像聚焦在3-D全息图上的投影装置（参见2015年12月17日公布的出版物US2015362734A1，cl.G02B27/01、G02B5/32、G02C7/04、G03H1/02、G03H1/04、G03H1/18）。所述现有技术设计的缺点在于制造复杂性、全息显示器相对低的衍射效率、无法制造柔性装置以及全息屏幕的大厚度。

现有技术公开了一种半透明结构光学元件，其包含具有纳米结构玻璃表面的第一光学透明层（所述纳米平面的一部分与该层的平面成10-90°的角度）和厚度为1至50 nm的第二间断金属层（其至少覆盖所述纳米平面的一部分）（参见2016年1月7日公布的出版物AU2014292323A1，cl.B82Y20/00、B82Y30/00、G02B5/18、G02B5/20）。在所述现有技术光学元件中，第二层是通过气相沉积、溅射、印刷、铸造或冲压对纳米结构表面进行部分金属化而产生的，而使用荫罩或光致抗蚀剂技术来防止表面被金属完全覆盖。此类元件可用于改变阳光透射（例如通过窗户），同时保持其透明。所述现有技术的缺点是产生与基板成一定角度的金属纳米平面的过程的复杂性（只有成90°角的金属结构相对容易产生），以及此类纳米结构的周期性质量不足（对于1-75 nm的沉积金属层厚度而言，粗糙度为5-10 nm）。此外，此类光学元件影响所有波长的透射光谱，并且产生的结构不能转移到另一个表面。

就技术实质而言，与本要求保护的发明最接近的是基于二维平面材料（例如原子级薄的过渡金属二硫族元素化合物）的平面光学器件，其使得实现拓扑暗态效应成为可能（参见Georgy Ermolaev, Kirill Voronin, Denis G. Baranov, Vasyl Kravets, GlebTselikov, Yury Stebunov, Dmitry Yakubovsky, Sergey Novikov, Andrey Vyshnevyy,Arslan Mazitov, Ivan Kruglov, Sergey Zhukov, Roman Romanov, Andrey M.Markeev, Aleksey Arsenin, Kostya S. Novoselov, Alexander N. Grigorenko和Valentyn Volkov，原子级薄高折射率材料中的拓扑相位奇点（Topological phasesingularities in atomically thin high-refractive-index materials）/NATURECOMMUNICATIONS | (2022) 13:2049 | https:/doi.org/10.1038/s41467-022-29716-4）。此类薄光学元件可以用作开发与互补金属氧化物半导体结构（CMOS）兼容的超紧凑可调光学装置的基础。在这种情况下，拓扑方法（使用具有简单异质结构的拓扑保护的零空间）为具有高折射率和非零光学损耗的原子级薄材料作为光子学中的相位材料的高效应用开辟了新的可能性。所述现有技术的主要缺点是所采用的基板（硅上的氧化硅）的不透明性、其刚性以及在耗散通道中实现的零空间内工作的必要性，这限制了其应用，并且无法将其用于AR/VR/XR应用所需的图像弯曲。此外，所述现有技术的结构不能与投影系统结合使用，它们也不能转移到任意表面上。

技术问题是消除上述缺点，并产生基于拓扑暗态效应的可用于虚拟图像投影和处理的技术解决方案。

发明内容

技术效果在于扩展用于超薄结构的平面光学器件的功能。

与光学装置相关的设定问题已得到解决，并且所述技术效果已被实现，因为所述光学装置包含光谱中波长为λ_1s、被实现为图像投影仪的光源，以及在(x,y)平面内为平面、法线与所述光源的光轴成θ_1s角的光学元件，其中所述光学元件至少包含厚度为d₁、介电磁导率为ε₁的第一光学透明电介质层，厚度为d₂＜100 nm、介电磁导率为ε₂的第二吸收性二维材料层，以及介电磁导率为ε₃的光学透明基板，其中所述层和基板被配置为形成拓扑暗态点A（λ₀，θ₀），其中，波长为λ、角度为θ的入射光在所述光学元件上的复散射振幅在闭围线L上的相位φ积分的绝对值为：

[数学式1]

其中L是以点A（λ₀，θ₀）为中心、半轴λ_L=10 nm且θ_L=5°的椭圆，ds是空间λ，θ中的微分，并且所述光源的λ_1s和θ_1s位于所述闭围线L内。所述第一层和/或所述第二层的厚度被空间调制：d₂=d₂(x,y)。所述第二层优选地由金、铜、银或铝制成，并且厚度不超过30 nm。此外，所述第二层可以由ZnO、TiO₂、ZnS、MgO、BeO、PbF₂、CsI、HfO₂、Sc₂O₃、SiN、GaP、CsPbBr₃、CsPbCl₃、CsPbI₃、GaN、YVO₄、MgAlO、YAlO、LuAlO、AlSb、GaSb、InSb、AlAs、GaAs、InAs、BC、SiC、TiC、VC、CsCl、CuCl、BaF、CeF₃、LaF₃、LiF、SrF₂、LiI、KI、RbI、CaMoO₄、SrMoO₄、PbMoO₄、LiNbO₃、KNbO₃、VN、ZrO₂、GeO₂、TeO₂、WO₃、Fe₂O₃、Y₂O₃、Lu₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅、Fe₃O₄、InP、CdSe、PbSe、ZnSe、AgGaS₂、CdGa₂S₄、CdS、CuGaS₂、CdTe、Te、ZnTe、BaTiO₃、Bi₄Ti₃O₁₂、PbTiO₃、SrTiO₃、金刚石、石墨、石墨烯、石墨烯氧化物、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、Cd₃As₂、Cd₃Sb₂、Cr₂AlC、Cr₂C、Mn₂AlC、Mo₂C、Mo₂Ga₂C、Mo₃AlC₂、Nb₂AlC、Nb₂C、Nb₄AlC₃、Nb₄C₃、Ta₂C、Ta₄AlC₃、Ti₂AlC、Ti₂AlN、Ti₂C、Ti₂N、Ti₃AlC₂、Ti₃C₂、Ti₃CN、Ti₃SiC₂、Ti₄N₃、V₂AlC、V₂C、V₄AlC₃、V₄C₃、SnS₂、SnSe₂、ReS₂、ReSe₂、hBN、GaSe、Sb₂Te₃、PdS₂、PdSe₂、PtS₂、PtSe₂、GaS、GaTe、Ca(OH)₂、K(FeMg)₃Si₃AlO₁₀(OH)₂、Mg(OH)₂、MnO₂、MoO₃、Sb₂O₃、Sb₂OS₂、Sb₂Se₃、Sb₂S₃、As₂S₃、As₂Te₃、Bi₂O₂Se、Bi₂Se₃、Bi₂TeO₂、BiSbTe₃、Bi₂S₃、Bi₂Te₃、AsP、CdI₂、CdPS₃、CuS、CoPS₃、Cr₂Ge₂Te₆、Cr₂S₃、CrBr₃、CrCl₃、CrGeTe₃、CrPS₄、CrSeBr、CuCrP₂S₆、CuIn₇Se₁₁、FeCl₂、FePS₃、FePSe₃、MoTe₂、GaGeTe、GaInS₃、GaSeTe、GaSSe、GaPS₄、GaSTe、GeAs、GeSe、GeS、GeS₂、GeTe、HfSe₂、HfS₂、HfTe₂、In₂S₃、In₂Se₃、InSe、InTe、InGaSe₂、InSeBr、InSnSe、MnPS₃、MnPSe₃、MoSSe、MoWSe₂、MoWS₂、MoWTe₂、MoNbSe₂、MoO_2.5Cl_0.5、MoReS₂、MoTaSe₂、MoVSe₂、Na₂Co₂TeO₆、Nb₂SiTe₄、NbReS₂、NbReSe₂、NbS₃、Ni₂SiTe₄、Ni₃TeO₆、NiCl₂、NiI₂、NiPS₃、PbI₂、PbTe、PtTe₂、ReMoS₂、ReNbS₂、ReNbSe₂、ReSSe、SbAsS₃、SbSe、SbSI、SiP、SnPSe₃、SnS、Ta₂NiS₅、TaS₂、TaS₃、TaSe₂、TaWSe₂、TlSe、TiBr₃、SnTe₂、TiS₃、TlGaS₂、TlGaSe₂、TlGaTe₂、TlInS₂、WTe₂、WSSe、WNbSe₂、WReSe₂、ZrS₂、ZnIn₂S₄、ZnPS₃、ZnPSe₃、ZrGeTe₄、ZrS₃、ZrSe₂、ZrSe₃、ZrTe₂、ZrTe₃、Cr₂Si₂Te₆、Cr₂Te₃、CrI₃、CrSBr、CrTe₂、Fe₃GeTe₂、Fe₄GeTe₂、TaCo₂Te₂、VS₂、VSe₂、VTe₂、BiSbTeSe、BiTe、CuFeTe、HfTe₅、FeSe、FeTeSe、FeTe、NbS₂、NbSe₂、NbTe₂、NbTe₄、NiTe₂、PdBi₂、PdTe₂、SnTaS₂、TaTe₂、TiTe₂、 Tl₂Ba₂CaCu₂O₈、ZrSiS、CdAs₂、CuSi₂P₃、NbAs₂、PbTaSe₂、Ta₂NiSe₅、Ta₂NiTe₅、Ta₂Se₈I、TaNi₂Te₃、TiS₂、TiSe₂、WNbTe₂、ZnAs₂、ZrTe₅、LaTe₂、NbSe₃、Bi₂SeTe₂、Bi₂Te₂S、BiInTe₃、Bi₂Se_1.5Te_1.5、Bi₄Te_1.5S_1.5、GeBi₂Te₄、PbBi₂Te₄、SnBi₄Te₇、SnSb₂Te₄、NiTe、SbTe、SiTe₂、BiTeI、InSSe、PbSnS₂、TlGaS₃、C₃N₄、Cu₂Te、GeSeTe、MnTe、As₂Se₃、CrPS₃、SnSe、WReS₂、TiBr、BaTiS₃、Al₂O₃、BiFeO₃、Ag₃AsS₃、HgS、铋锶钙铜氧化物、黑砷或黑磷制成。所述光源优选为线偏振和单色，并且中心波长为λ_1s。所述相位φ可以是所述光在反射通道中的复散射振幅的相位，而所述光学元件根据下述条件制造：

–对于s偏振或p偏振而言，

[数学式2]

，

其中r ₀₁₂₃ 是光学元件的反射因子，

[数学式3]

–对于s偏振而言，

[数学式4]

，

–对于p偏振而言，

[数学式5]

，

[数学式6]

[数学式7]

i、j是层的索引号，ε_i是第i层的介电磁导率，d_i是第i层的厚度，ε₀是光所来自的介质的介电磁导率。或者，所述相位φ是所述光在透射通道中的复散射振幅的相位，而所述光学元件根据下述条件制造：

–对于s偏振或p偏振而言，

[数学式8]

，

其中t₀₁₂₃是光学元件的透射率，

[数学式9]

–对于s偏振而言，

[数学式10]

，

–对于p偏振而言，

[数学式11]

，

[数学式6]

[数学式7]

i、j是层的索引号，ε_i是第i层的介电磁导率，d_i是第i层的厚度，ε₀是光所来自的介质的介电磁导率。

与光学装置相关的设定问题已得到解决，并且所述技术效果已被实现，因为所述光学装置至少包含依次排布的厚度为d₁且介电磁导率为ε₁的第一光学透明电介质层和厚度为d₂且介电磁导率为ε₂的第二吸收材料层，并且额外提供有沉积在所述第一层或第二层的自由表面上的黏合层，其中所述层被配置为通过使所述第一层被实现为厚度d₁=0.01-100µm、ε₁=1.7-4.0的聚合物膜，所述第二层由厚度为d₂≤30 nm、|ε₂|=1-10的金属制成，而形成拓扑暗态点。所述第二层优选地由金、铜、银或铝制成，并且其厚度被空间调制，例如以衍射光栅的形式制造。

附图说明

图1

[图1]是所公开的光学装置的总体示意图；

图2

[图2]是在波长λ和入射角θ参数空间内拓扑暗态点A（λ₀,θ₀）周围的相位分布的一个实例；

图3

[图3]是用于使用椭圆偏振仪确定光学元件的平面(x,y)上的相位分布的图。

具体实施方式

所公开的光学装置表示光源1和在(x,y)平面内为平面的光学元件2，它们相对于彼此刚性固定。

例如，光源1可以用基于RGB LED矩阵的宽带多色图像投影仪或具有中心波长为λ_ls的线偏振和单色光的激光图像投影仪来表示。光源1被安装成使其光轴与光学元件2的法线n成θ_ls角。

光学元件2本身被制造成异质结构，其沿着轴z至少包含第一光学透明电介质层3（在[图1]中：厚度为d₁，介电磁导率为ε₁）、第二吸收性二维材料层4（在[图1]中：厚度d₂＜100 nm，介电磁导率为ε₂）和光学透明基板5（介电磁导率为ε₃）。吸收性二维材料层4的厚度上限为100 nm的值，以确保其透明度条件得到满足。对于某些应用而言，所述异质结构可以包含以各种顺序排列的数量更多的层：外层可以由电介质层3和吸收层4两者表示（即本文所使用术语“第一”和“第二”并不定义层排列顺序）。

制备所述异质结构的层（对于选定的基板5材料而言），以便形成接近所用光源1的λ_ls和θ_ls的拓扑暗态点A（λ₀，θ₀）。这意味着由于所述拓扑结构（层组成和厚度），光学元件2在耗散通道之一中具有零振幅，例如在反射通道或透射通道中（作为耗散的特定情况的反射和透射被描述在例如出版物“光学谐振器中法诺谐振的时间耦合模理论”（Temporalcoupled-mode theory for the Fano resonance in optical resonators），ShanhuiFan, Wonjoo Suh和J. D. Joannopoulos，Journal of the Optical Society of AmericaA Vol. 20, Issue 3, pp. 569-572, 2003, DOI: 10.1364/JOSAA.20.000569）。这导致另一个通道中的衍射效率可以显著提高（高达10%），使得可以使用在300 nm至2 µm范围内完全透明的光学元件2来产生足够明亮的虚拟图像。

光学元件2的拓扑暗态点将是符合下述条件的点A（λ₀，θ₀）：对于该点而言，波长为λ、角度为θ的入射光在所述光学元件上的复散射振幅在闭围线L上的相位φ积分的绝对值为：

[数学式1]

其中L是以点A（λ₀，θ₀）为中心、半轴λ_L=10 nm且θ_L=5°的椭圆，

ds是空间λ，θ中的微分，

并且所述光源的λ_1s和θ_1s位于所述闭围线L内。

所述椭圆L定义了所公开的光学装置高效工作的波长和角度的工作范围。椭圆L半轴的数值是在模拟和实验结果的基础上选择的：λ_L和θ_L的值越大（匹配条件越宽松），导致拓扑暗态效应越弱，并且进入所需耗散通道的光的强度显著下降（例如当将从投影仪进入到用户眼睛中的光弯曲时），而λ_L和λ_L的值越低（匹配条件越严格），导致调整所述装置（将光源1相对于光学元件2定位）的工作时间显著增加。

也就是说，光学元件2的拓扑暗态点А将由波长λ₀和入射角θ₀的值表示，在所述值附近，散射光的相位φ变化非常快，即椭圆L的相对点之间的相位差不小于π/2。

光学元件2的相位φ分布可以使用椭圆偏振法[图3]，在反射/透射/耗散模式下确定。对于样品源7在进行奇点研究的点A周围的多个波长λ和入射角θ而言，所述方法使得可以使用检测器6直接测量从样品反射的偏振光的相位φ。如果在空间（λ，θ）中以讨论点А为中心、主半轴λ_L=10 nm和θ_L=5°的椭圆中存在相位φ梯度积分的绝对值大于π的椭圆，则该点可以被视为相位奇点，即拓扑暗态点。因此，为了产生基于所述光学元件2的光学装置，需要使用相应的光源1，即λ_1s和θ_1s位于所述闭围线L内的图像投影仪。

光学元件2的参数可以基于下述考虑来计算。

如果所述相位φ是所述光在反射通道中的复散射振幅的相位，那么为了实现拓扑暗态效果，光学元件2必须按照下述条件实现：

–对于s偏振或p偏振而言，

[数学式2]

，

其中r ₀₁₂₃ 是光学元件2的反射因子，并且其他公式分量定义如下：

[数学式3]

[数学式4]

，

根据[数学式4]，r_ij是材料i和j界面的反射因子（对于s偏振而言），

[数学式5]

，

根据[数学式5]，r_ij是材料i和j界面的反射因子（对于p偏振而言），

[数学式6]

[数学式7]

i、j是层的索引号（在从外向内的方向上，朝向光学元件2的基板），

ε_i是第i层的介电磁导率，

d_i是第i层的厚度，

ε₀是光所来自的介质的介电磁导率。

但是，如果所述相位φ是所述光在透射通道中的复散射振幅的相位，那么为了实现拓扑暗态效果，光学元件2必须按照下述条件实现：

–对于s偏振或p偏振而言，

[数学式8]

，

其中t ₀₁₂₃ 是光学元件2整体的透射率，

[数学式9]

[数学式10]

，

根据[数学式10]，r_ij是材料i和j界面的反射因子（对于s偏振而言），

[数学式11]

，

根据[数学式11]，r_ij是的材料i和j界面的反射因子（对于p偏振而言），

[数学式6]

[数学式7]

i、j是层的索引号（在从外向内的方向上，朝向光学元件2的基板），

ε_i是第i层的介电磁导率，

d_i是第i层的厚度，

ε₀是光所来自的介质的介电磁导率。

在实践中，为了实现透明条件，从例如金属（金、铜、银或铝）或另一种高折射率材料（ZnO、TiO₂、ZnS、MgO、BeO、PbF₂、CsI、HfO₂、Sc₂O₃、SiN、GaP、CsPbBr₃、CsPbCl₃、CsPbI₃、GaN、YVO₄、MgAlO、YAlO、LuAlO、AlSb、GaSb、InSb、AlAs、GaAs、InAs、BC、SiC、TiC、VC、CsCl、CuCl、BaF、CeF₃、LaF₃、LiF、SrF₂、LiI、KI、RbI、CaMoO₄、SrMoO₄、PbMoO₄、LiNbO₃、KNbO₃、VN、ZrO₂、GeO₂、TeO₂、WO₃、Fe₂O₃、Y₂O₃、Lu₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅、Fe₃O₄、InP、CdSe、PbSe、ZnSe、AgGaS₂、CdGa₂S₄、CdS、CuGaS₂、CdTe、Te、ZnTe、BaTiO₃、Bi₄Ti₃O₁₂、PbTiO₃、SrTiO₃、金刚石、石墨、石墨烯、石墨烯氧化物、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、Cd₃As₂、Cd₃Sb₂、Cr₂AlC、Cr₂C、Mn₂AlC、Mo₂C、Mo₂Ga₂C、Mo₃AlC₂、Nb₂AlC、Nb₂C、Nb₄AlC₃、Nb₄C₃、Ta₂C、Ta₄AlC₃、Ti₂AlC、Ti₂AlN、Ti₂C、Ti₂N、Ti₃AlC₂、Ti₃C₂、Ti₃CN、Ti₃SiC₂、Ti₄N₃、V₂AlC、V₂C、V₄AlC₃、V₄C₃、SnS₂、SnSe₂、ReS₂、ReSe₂、hBN、GaSe、Sb₂Te₃、PdS₂、PdSe₂、PtS₂、PtSe₂、GaS、GaTe、Ca(OH)₂、K(FeMg)₃Si₃AlO₁₀(OH)₂、Mg(OH)₂、MnO₂、MoO₃、Sb₂O₃、Sb₂OS₂、Sb₂Se₃、Sb₂S₃、As₂S₃、As₂Te₃、Bi₂O₂Se、Bi₂Se₃、Bi₂TeO₂、BiSbTe₃、Bi₂S₃、Bi₂Te₃、AsP、CdI₂、CdPS₃、CuS、CoPS₃、Cr₂Ge₂Te₆、Cr₂S₃、CrBr₃、CrCl₃、CrGeTe₃、CrPS₄、CrSeBr、CuCrP₂S₆、CuIn₇Se₁₁、FeCl₂、FePS₃、FePSe₃、MoTe₂、GaGeTe、GaInS₃、GaSeTe、GaSSe、GaPS₄、GaSTe、GeAs、GeSe、GeS、GeS₂、GeTe、HfSe₂、HfS₂、HfTe₂、In₂S₃、In₂Se₃、InSe、InTe、InGaSe₂、InSeBr、InSnSe、MnPS₃、MnPSe₃、MoSSe、MoWSe₂、MoWS₂、MoWTe₂、MoNbSe₂、MoO_2.5Cl_0.5、MoReS₂、MoTaSe₂、MoVSe₂、Na₂Co₂TeO₆、Nb₂SiTe₄、NbReS₂、NbReSe₂、NbS₃、Ni₂SiTe₄、Ni₃TeO₆、NiCl₂、NiI₂、NiPS₃、PbI₂、PbTe、PtTe₂、ReMoS₂、ReNbS₂、ReNbSe₂、ReSSe、SbAsS₃、SbSe、SbSI、SiP、SnPSe₃、SnS、Ta₂NiS₅、TaS₂、TaS₃、TaSe₂、TaWSe₂、TlSe、TiBr₃、SnTe₂、TiS₃、TlGaS₂、TlGaSe₂、TlGaTe₂、TlInS₂、WTe₂、WSSe、WNbSe₂、WReSe₂、ZrS₂、ZnIn₂S₄、ZnPS₃、ZnPSe₃、ZrGeTe₄、ZrS₃、ZrSe₂、ZrSe₃、ZrTe₂、ZrTe₃、Cr₂Si₂Te₆、Cr₂Te₃、CrI₃、CrSBr、CrTe₂、Fe₃GeTe₂、Fe₄GeTe₂、TaCo₂Te₂、VS₂、VSe₂、VTe₂、BiSbTeSe、BiTe、CuFeTe、HfTe₅、FeSe、FeTeSe、FeTe、NbS₂、NbSe₂、NbTe₂、NbTe₄、NiTe₂、PdBi₂、PdTe₂、SnTaS₂、TaTe₂、TiTe₂、 Tl₂Ba₂CaCu₂O₈、ZrSiS、CdAs₂、CuSi₂P₃、NbAs₂、PbTaSe₂、Ta₂NiSe₅、Ta₂NiTe₅、Ta₂Se₈I、TaNi₂Te₃、TiS₂、TiSe₂、WNbTe₂、ZnAs₂、ZrTe₅、LaTe₂、NbSe₃、Bi₂SeTe₂、Bi₂Te₂S、BiInTe₃、Bi₂Se_1.5Te_1.5、Bi₄Te_1.5S_1.5、GeBi₂Te₄、PbBi₂Te₄、SnBi₄Te₇、SnSb₂Te₄、NiTe、SbTe、SiTe₂、BiTeI、InSSe、PbSnS₂、TlGaS₃、C₃N₄、Cu₂Te、GeSeTe、MnTe、As₂Se₃、CrPS₃、SnSe、WReS₂、TiBr、BaTiS₃、Al₂O₃、BiFeO₃、Ag₃AsS₃、HgS、铋锶钙铜氧化物、黑砷或黑磷）制造厚度不超过30 nm的吸收层4，是合理的。

在这种情况下，电介质层3可以使用任何可用的聚合物来制备，例如聚乙烯醇、甲基丙烯酸羟乙酯、聚二甲基硅氧烷、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊烯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺等。

为了使所生产的投影光学装置的屏幕的制造更容易，光学元件2可以以不含基板5的薄柔性膜的形式制造和供应。然后，为了能够使用，它被提供有黏合层6，使得可以将其胶合到任何现有的透明基板（玻璃、车辆挡风玻璃、窗户等）上。在这种情况下，最佳的解决方案是以厚度d₁=0.01-100 µm、ε₁=1.7-4.0的聚合物膜的形式生产第一层3，从厚度d₂≤30nm、|ε₂|=1-10的金属生产第二层4。现在，在所述优选实施方案中，层的顺序发挥重要作用。这些参数确保了对于目前已知的几乎所有透明表面（由玻璃、塑料等制成）而言都满足上述拓扑暗态条件。

为了进一步提高衍射效率，电介质层 3和/或吸收层4（优选地）的厚度可以进行空间调制：d₂=d₂(x,y)，即，事实上可以代表衍射光栅。

归因于所描述的特征，所公开的光学装置和相应的光学元件可以用作形成新一代超薄虚拟、增强或扩展现实（VR/AR/XR）装置的基础。在给定限度内改变所公开的光学元件的参数，可以产生例如光学微分器（即仅反射图像元素边界的结构）、透镜或光学物镜（例如通过形成具有拓扑点上方和下方二维材料厚度的菲涅耳波带片）以及许多其他光学元件。

实施例

实施例1.

所述光学装置包含基于波长λ_1s=655 nm的激光的图像投影仪，所述激光以与采取透明屏幕形式的光学元件的法线成θ_1s=75°的角度安装，所述光学元件具有在点（655 nm，75°）周围提供拓扑暗态的结构，并且所述结构代表了在BK7光学玻璃上的厚度为100 nm的聚甲基丙烯酸甲酯的均匀聚合物层和厚度为13 nm的金调制层。

所述光学元件结构在下述制造循环中获得。使用电子束沉积法，在BK7光学玻璃上沉积13 nm的金层。然后，使用离心法（旋涂）从上方沉积100 nm的聚甲基丙烯酸甲酯层。该结构充当光学微分器，其中图像元素边界反射强度与图像本身强度的比率约为100。应当注意，所述光学微分器将仅用于使垂直光入射平面偏振，即所公开的光学元件表现出偏振选择性。所述投影仪将在所述光学元件的屏幕上形成由所述投影仪形成的图像元素的边界的清晰可见的图片。

实施例2.

所述光学装置包含基于RGB LED矩阵的图像投影仪，其中所述投影仪以与具有实施例1中描述的结构的采取透明屏幕形式的光学元件的法线成θ_1s=75°的角度安装。

该结构充当光学微分器，即所述结构将反射中心波长为655 nm、半宽度为10 nm的图像边界（即所述结构还将充当该650-660 nm波长范围的滤光器），其中在这些波长下图像元素边界反射强度与图像本身的强度的比率约为100。也就是说，所述投影仪将在所述屏幕上形成由所述投影仪形成的图像元素的边界的清晰可见的图片。

实施例3.

所述光学装置包含基于655 nm波长激光的图像投影仪，所述激光垂直于光入射平面偏振，以与具有实施例1中描述的结构的采取透明屏幕形式的光学元件的法线成θ_1s=75°的角度安装。

该结构充当光学微分器，即所述结构将反射图像边界，其中在这些波长下图像元素边界反射强度与图像本身的强度的比率约为100。也就是说，所述投影仪在所述屏幕上形成由所述投影仪形成的图像元素的边界的清晰可见的图片，其中与实施例1和2相反，该图片将没有任何额外的波长和偏振。

实施例4.

所述光学装置包含基于波长λ_1s=655 nm的激光的图像投影仪（为了获得最佳可见度，所述光必须垂直于光入射平面偏振），所述激光以与采取透明屏幕形式的光学元件的法线成θ_1s=75°的角度安装，所述光学元件具有在点（655 nm，75°）周围提供拓扑暗态的结构，并且所述结构代表了在BK7光学玻璃上的厚度为100 nm的聚甲基丙烯酸甲酯的均匀聚合物层和厚度为13 nm的金调制层。

所述光学元件结构在下述制造循环中获得。使用电子束沉积法，在BK7光学玻璃上沉积13 nm的金层。使用电子束光刻法，将所述金层图案化成周期为648 nm的衍射光栅。然后，使用离心法（旋涂）从上方沉积100 nm的聚甲基丙烯酸甲酯层。

所述得到的结构的衍射效率超过4.5%，透明度超过70%。在这种情况下，所述投影仪在所述屏幕上形成清晰可见的图片，其强度约为所述投影仪光强度的4.5%（进入所需衍射通道的强度由衍射效率决定）。

实施例5.

所述光学装置包含基于波长λ_1s=655 nm的激光的图像投影仪（为了获得最佳可见度，所述光必须垂直于光入射平面偏振），所述激光以与采取透明屏幕形式的光学元件的法线成θ_1s=75°的角度安装，所述光学元件具有在点（655 nm，75°）周围提供拓扑暗态的结构，并且所述结构代表了在BK7光学玻璃上的厚度为100 nm的聚甲基丙烯酸甲酯的调制聚合物层和厚度为13 nm的均匀金层。

所述光学元件结构在下述制造循环中获得。使用电子束沉积法，在BK7光学玻璃上沉积13 nm的金层。然后，使用离心法（旋涂）从上方沉积100 nm的聚甲基丙烯酸甲酯层。使用电子束光刻法，将所述聚甲基丙烯酸甲酯层图案化成周期为648 nm的衍射光栅。

所述得到的结构的衍射效率超过4.3%，透明度超过70%。在这种情况下，所述投影仪在所述屏幕上形成清晰可见的图片，其强度约为所述投影仪光强度的4.3%。

实施例6.

所述光学装置包含基于RGB LED矩阵的图像投影仪，其中所述投影仪以与采取透明屏幕形式的光学元件的法线成θ_1s=74°的角度安装，所述光学元件具有在点（547 nm，74°）周围提供拓扑暗态的结构，并且所述结构代表了在BK7光学玻璃上的厚度为92 nm的聚甲基丙烯酸甲酯的均匀聚合物层和厚度为4 nm的均匀铝层。

所述光学元件结构在下述制造循环中获得。使用电子束沉积法，在BK7光学玻璃上沉积4 nm的铝层。然后，使用离心法（旋涂）从上方沉积92 nm的聚甲基丙烯酸甲酯层。

该结构充当光学微分器，即所述结构将反射中心波长为547 nm、半宽度为10 nm的图像边界（即所述结构还将充当该542-552 nm波长范围的滤光器），其中在这些波长下图像元素边界反射强度与图像本身的强度的比率约为100。也就是说，所述投影仪将在所述屏幕上形成由所述投影仪形成的图像元素的边界的清晰可见的图片。

实施例7.

与实施例6相同，但使用基于垂直于光入射平面偏振的中心波长λ=530 nm的激光的投影仪。

该结构充当光学微分器，即所述结构将反射图像边界，其中在这些波长下图像元素边界反射强度与图像本身的强度的比率约为100。也就是说，所述投影仪在所述屏幕上形成由所述投影仪形成的图像元素的边界的清晰可见的图片，其中与实施例6相反，该图片将没有任何额外的波长和偏振。

实施例8.

与实施例7相同，但使用电子束光刻法，将所述铝层图案化成周期为1274 nm的衍射光栅。

所述得到的结构的衍射效率超过3.8%，透明度超过70%。在这种情况下，所述投影仪在所述屏幕上形成由所述投影仪形成的清晰可见的图片，其强度约为所述投影仪光强度的3.8%。

实施例9.

所述光学装置包含基于RGB LED矩阵的图像投影仪，其中所述投影仪以与采取透明屏幕形式的光学元件的法线成θ_1s=76°的角度安装，所述光学元件具有在点（615 nm，76°）周围提供拓扑暗态的结构，并且所述结构代表了在BK7光学玻璃上的厚度为95 nm的聚甲基丙烯酸甲酯的均匀聚合物层、厚度为15 nm的均匀金层和厚度为30 nm的聚二甲基硅氧烷的均匀聚合物层。

所述光学元件结构在下述制造循环中获得。使用离心法（旋涂），在所述光学玻璃上涂覆30 nm的聚二甲基硅氧烷层，然后使用电子束沉积法在该层上涂覆15 nm的金层，然后使用离心法（旋涂）沉积100 nm的聚甲基丙烯酸甲酯层。

该结构充当光学微分器，即所述结构将反射中心波长为615 nm、半宽度为10 nm的图像边界（即所述结构还将充当该610-620 nm波长范围的滤光器），其中在这些波长下图像元素边界反射强度与图像本身的强度的比率约为100。也就是说，所述投影仪将在所述屏幕上形成由所述投影仪形成的图像元素的边界的清晰可见的图片。

实施例10.

所述光学装置包含基于RGB LED矩阵的图像投影仪，其中所述投影仪以与采取透明屏幕形式的光学元件的法线成θ_1s=51°的角度安装，所述光学元件具有在点（420 nm，51°）、（459 nm, 42°）、（525 nm，56°）周围提供拓扑暗态的结构，并且所述结构代表了在BK7光学玻璃上的厚度为67 nm的聚甲基丙烯酸甲酯的均匀聚合物层、厚度为14 nm的均匀金层和厚度为50 nm的聚二甲基硅氧烷的均匀聚合物层。

所述光学元件结构在下述制造循环中获得。使用离心法（旋涂），在所述光学玻璃上涂覆50 nm的聚二甲基硅氧烷层，然后使用电子束沉积法在该层上涂覆14 nm的金层，然后使用离心法（旋涂）沉积67 nm的聚甲基丙烯酸甲酯层。

该结构充当光学微分器，即所述结构将反射中心波长为420 nm、半宽度为10 nm的图像边界（即所述结构还将充当该415-425 nm波长范围的滤光器），其中在这些波长下图像元素边界反射强度与图像本身的强度的比率约为100。也就是说，所述投影仪将在所述屏幕上形成由所述投影仪形成的图像元素的边界的清晰可见的图片。该实施例与其他实施例的不同之处在于，由于三个拓扑点，所述投影仪的工作波长和角度的范围增加了。

实施例11.

所述光学装置包含基于RGB LED矩阵的图像投影仪，其中所述投影仪以与采取透明屏幕形式的光学元件的法线成θ_1s=60°的角度安装，所述光学元件具有在点（450 nm，59°）周围提供拓扑暗态的结构，并且所述结构代表了在蓝宝石上的厚度为3 nm的均匀金层和厚度为300 nm的聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物层。

所述光学元件结构在下述制造循环中获得。使用离心法（旋涂），在蓝宝石基板上沉积300 nm的聚甲基丙烯酸甲酯层。然后使用电子束沉积法在该层上涂覆3 nm的金层。

该结构充当光学微分器，即所述结构将反射中心波长为450 nm、半宽度为10 nm的图像边界（即所述结构还将充当该445-455 nm波长范围的滤光器），其中在这些波长下图像元素边界反射强度与图像本身的强度的比率约为100。也就是说，所述投影仪将在所述屏幕上形成由所述投影仪形成的图像元素的边界的清晰可见的图片。

实施例12.

所述光学装置包含基于RGB LED矩阵的图像投影仪，其中所述投影仪以与采取水凝胶隐形眼镜形式的光学元件的法线成θ_1s=70°的角度安装，所述光学元件具有在点（650nm，70°）周围提供拓扑暗态的结构，并且所述结构通过从透镜外表面上的厚度为95 nm的聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物层和厚度为15 nm的均匀金层形成640 nm周期衍射光栅而产生。

所述得到的结构的衍射效率超过4.7%，透明度超过70%（对于645-655 nm的波长而言）。在这种情况下，所述投影仪在所述屏幕上形成由所述投影仪形成的清晰可见的图片，其强度约为所述投影仪光强度的4.7%。

实施例13.

所述光学元件以具有2.25的介电磁导率和80 nm的厚度的聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物膜的形式制造，在所述聚合物膜上使用电子束沉积法涂覆厚度为18 nm、介电磁导率为2.25的金膜。使用液体转移法将采取石墨烯形式的黏合层沉积在所述金侧上。所述得到的结构的衍射效率超过2%，透明度超过80%。

此类光学元件可以安装在任何坚固表面上，并且可以充当光学微分器（取决于所沉积的表面，波长和角度的工作范围将略有变化），其中图像边界反射强度与图像强度的比率约为100。也就是说，所述投影仪将在所述屏幕上形成由所述投影仪形成的图像元素的边界的清晰可见的图片。

实施例14.

所述光学元件以具有2.25的介电磁导率和80 nm的厚度的聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物膜的形式制造，在所述聚合物膜上使用电子束沉积法涂覆厚度为18 nm、介电磁导率为2.25的金膜。然后使用电子束光刻法，将所述膜图案化成周期为648 nm的衍射光栅。使用液体转移法将采取石墨烯形式的黏合层沉积在所述金侧上。所述得到的结构的衍射效率超过3.8%，透明度超过70%。此类光学元件可以安装在任何坚固表面上，并提供来自以65°的角度配置的光源的630 nm波长光的65°弯曲（对于所述结构被沉积在BK7光学玻璃上的情况而言；对于其他表面而言，工作波长和角度的值将有所不同，但不显著，在±20 nm和±10°范围内）。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种光学装置，其包含光谱中波长为λ_1s、被实现为图像投影仪的光源，以及在(x,y)平面内为平面、法线与所述光源的光轴成θ_1s角的光学元件，其中所述光学元件至少包含厚度为d₁、介电磁导率为ε₁的第一光学透明电介质层；厚度为d₂＜100 nm、介电磁导率为ε₂的第二吸收性二维材料层，以及介电磁导率为ε₃的光学透明基板，其中所述层和基板被配置为形成拓扑暗态点A（λ₀，θ₀），其中，波长为λ、角度为θ的入射光在所述光学元件上的复散射振幅在闭围线L上的相位φ积分的绝对值为：

，

其中L是以点A（λ₀，θ₀）为中心、半轴λ_L=10 nm且θ_L=5°的椭圆，

ds是空间λ，θ中的微分，

并且所述光源的λ_1s和θ_1s位于所述闭围线L内。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于所述第一层和/或所述第二层的厚度被空间调制：d₂=d₂(x,y)。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于所述第二层的厚度不超过30 nm。

4.根据权利要求3所述的光学装置，其特征在于所述第二层由金、铜、银或铝制成。

5.根据权利要求3所述的光学装置，其特征在于所述第二层由ZnO、TiO₂、ZnS、MgO、BeO、PbF₂、CsI、HfO₂、Sc₂O₃、SiN、GaP、CsPbBr₃、CsPbCl₃、CsPbI₃、GaN、YVO₄、MgAlO、YAlO、LuAlO、AlSb、GaSb、InSb、AlAs、GaAs、InAs、BC、SiC、TiC、VC、CsCl、CuCl、BaF、CeF₃、LaF₃、LiF、SrF₂、LiI、KI、RbI、CaMoO₄、SrMoO₄、PbMoO₄、LiNbO₃、KNbO₃、VN、ZrO₂、GeO₂、TeO₂、WO₃、Fe₂O₃、Y₂O₃、Lu₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅、Fe₃O₄、InP、CdSe、PbSe、ZnSe、AgGaS₂、CdGa₂S₄、CdS、CuGaS₂、CdTe、Te、ZnTe、BaTiO₃、Bi₄Ti₃O₁₂、PbTiO₃、SrTiO₃、金刚石、石墨、石墨烯、石墨烯氧化物、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、Cd₃As₂、Cd₃Sb₂、Cr₂AlC、Cr₂C、Mn₂AlC、Mo₂C、Mo₂Ga₂C、Mo₃AlC₂、Nb₂AlC、Nb₂C、Nb₄AlC₃、Nb₄C₃、Ta₂C、Ta₄AlC₃、Ti₂AlC、Ti₂AlN、Ti₂C、Ti₂N、Ti₃AlC₂、Ti₃C₂、Ti₃CN、Ti₃SiC₂、Ti₄N₃、V₂AlC、V₂C、V₄AlC₃、V₄C₃、SnS₂、SnSe₂、ReS₂、ReSe₂、hBN、GaSe、Sb₂Te₃、PdS₂、PdSe₂、PtS₂、PtSe₂、GaS、GaTe、Ca(OH)₂、K(FeMg)₃Si₃AlO₁₀(OH)₂、Mg(OH)₂、MnO₂、MoO₃、Sb₂O₃、Sb₂OS₂、Sb₂Se₃、Sb₂S₃、As₂S₃、As₂Te₃、Bi₂O₂Se、Bi₂Se₃、Bi₂TeO₂、BiSbTe₃、Bi₂S₃、Bi₂Te₃、AsP、CdI₂、CdPS₃、CuS、CoPS₃、Cr₂Ge₂Te₆、Cr₂S₃、CrBr₃、CrCl₃、CrGeTe₃、CrPS₄、CrSeBr、CuCrP₂S₆、CuIn₇Se₁₁、FeCl₂、FePS₃、FePSe₃、MoTe₂、GaGeTe、GaInS₃、GaSeTe、GaSSe、GaPS₄、GaSTe、GeAs、GeSe、GeS、GeS₂、GeTe、HfSe₂、HfS₂、HfTe₂、In₂S₃、In₂Se₃、InSe、InTe、InGaSe₂、InSeBr、InSnSe、MnPS₃、MnPSe₃、MoSSe、MoWSe₂、MoWS₂、MoWTe₂、MoNbSe₂、MoO_2.5Cl_0.5、MoReS₂、MoTaSe₂、MoVSe₂、Na₂Co₂TeO₆、Nb₂SiTe₄、NbReS₂、NbReSe₂、NbS₃、Ni₂SiTe₄、Ni₃TeO₆、NiCl₂、NiI₂、NiPS₃、PbI₂、PbTe、PtTe₂、ReMoS₂、ReNbS₂、ReNbSe₂、ReSSe、SbAsS₃、SbSe、SbSI、SiP、SnPSe₃、SnS、Ta₂NiS₅、TaS₂、TaS₃、TaSe₂、TaWSe₂、TlSe、TiBr₃、SnTe₂、TiS₃、TlGaS₂、TlGaSe₂、TlGaTe₂、TlInS₂、WTe₂、WSSe、WNbSe₂、WReSe₂、ZrS₂、ZnIn₂S₄、ZnPS₃、ZnPSe₃、ZrGeTe₄、ZrS₃、ZrSe₂、ZrSe₃、ZrTe₂、ZrTe₃、Cr₂Si₂Te₆、Cr₂Te₃、CrI₃、CrSBr、CrTe₂、Fe₃GeTe₂、Fe₄GeTe₂、TaCo₂Te₂、VS₂、VSe₂、VTe₂、BiSbTeSe、BiTe、CuFeTe、HfTe₅、FeSe、FeTeSe、FeTe、NbS₂、NbSe₂、NbTe₂、NbTe₄、NiTe₂、PdBi₂、PdTe₂、SnTaS₂、TaTe₂、TiTe₂、 Tl₂Ba₂CaCu₂O₈、ZrSiS、CdAs₂、CuSi₂P₃、NbAs₂、PbTaSe₂、Ta₂NiSe₅、Ta₂NiTe₅、Ta₂Se₈I、TaNi₂Te₃、TiS₂、TiSe₂、WNbTe₂、ZnAs₂、ZrTe₅、LaTe₂、NbSe₃、Bi₂SeTe₂、Bi₂Te₂S、BiInTe₃、Bi₂Se_1.5Te_1.5、Bi₄Te_1.5S_1.5、GeBi₂Te₄、PbBi₂Te₄、SnBi₄Te₇、SnSb₂Te₄、NiTe、SbTe、SiTe₂、BiTeI、InSSe、PbSnS₂、TlGaS₃、C₃N₄、Cu₂Te、GeSeTe、MnTe、As₂Se₃、CrPS₃、SnSe、WReS₂、TiBr、BaTiS₃、Al₂O₃、BiFeO₃、Ag₃AsS₃、HgS、铋锶钙铜氧化物、黑砷或黑磷制成。

6.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于所述光源为线偏振和单色，并且中心波长为λ_1s。

7.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于所述相位φ是所述光在反射通道中的复散射振幅的相位，而所述光学元件根据下述条件制造：

–对于s偏振或p偏振而言，

，

其中r ₀₁₂₃ 是光学元件的反射因子，

，

–对于s偏振而言，

，

–对于p偏振而言，

，

，

i、j是层的索引号，

ε_i是第i层的介电磁导率，

d_i是第i层的厚度，

ε₀是光所来自的介质的介电磁导率。

8.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于所述相位φ是所述光在透射通道中的复散射振幅的相位，而所述光学元件根据下述条件制造：

–对于s偏振或p偏振而言，

，

其中t₀₁₂₃是光学元件的透射率，

，

–对于s偏振而言，

，

–对于p偏振而言，

，

，

i、j是层的索引号，

ε_i是第i层的介电磁导率，

d_i是第i层的厚度，

ε₀是光所来自的介质的介电磁导率。

9.一种光学元件，其包含依次排布的厚度为d₁且介电磁导率为ε₁的第一光学透明电介质层和厚度为d₂且介电磁导率为ε₂的第二吸收材料层，其特征在于它被提供有沉积在所述第一层或第二层的自由表面上的黏合层，其中所述层被配置为通过使所述第一层被实现为厚度d₁=0.01-100 µm、ε₁=1.7-4.0的聚合物膜，所述第二层由厚度为d₂≤30 nm、|ε₂|=1-10的金属制成，而形成拓扑暗态点。

10.根据权利要求9所述的光学元件，其特征在于所述第二层由金、铜、银或铝制成。

11.根据权利要求9所述的光学元件，其特征在于所述第二层的厚度被空间调制。

12.根据权利要求11所述的光学元件，其特征在于所述第二层以衍射光栅的形式制造。

Claims (12)

1.一种光学装置，其包含光谱中波长为λ_1s、被实现为图像投影仪的光源，以及在(x,y)平面内为平面、法线与所述光源的光轴成θ_1s角的光学元件，其中所述光学元件至少包含厚度为d₁、介电磁导率为ε₁的第一光学透明电介质层，厚度为d₂＜100 nm、介电磁导率为ε₂的第二吸收性二维材料层，以及介电磁导率为ε₃的光学透明基板，其中所述层和基板被配置为形成拓扑暗态点A（λ₀，θ₀），其中，波长为λ、角度为θ的入射光在所述光学元件上的复散射振幅在闭围线L上的相位φ积分的绝对值为：

，

其中L是以点A（λ₀，θ₀）为中心、半轴λ_L=10 nm且θ_L=5°的椭圆，

ds是空间λ，θ中的微分，

并且所述光源的λ_1s和θ_1s位于所述闭围线L内。

2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于所述第一层和/或所述第二层的厚度被空间调制：d₂=d₂(x,y)。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于所述第二层的厚度不超过30 nm。

4.根据权利要求3所述的光学装置，其特征在于所述第二层由金、铜、银或铝制成。

5.根据权利要求3所述的光学装置，其特征在于所述第二层由ZnO、TiO₂、ZnS、MgO、BeO、PbF₂、CsI、HfO₂、Sc₂O₃、SiN、GaP、CsPbBr₃、CsPbCl₃、CsPbI₃、GaN、YVO₄、MgAlO、YAlO、LuAlO、AlSb、GaSb、InSb、AlAs、GaAs、InAs、BC、SiC、TiC、VC、CsCl、CuCl、BaF、CeF₃、LaF₃、LiF、SrF₂、LiI、KI、RbI、CaMoO₄、SrMoO₄、PbMoO₄、LiNbO₃、KNbO₃、VN、ZrO₂、GeO₂、TeO₂、WO₃、Fe₂O₃、Y₂O₃、Lu₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅、Fe₃O₄、InP、CdSe、PbSe、ZnSe、AgGaS₂、CdGa₂S₄、CdS、CuGaS₂、CdTe、Te、ZnTe、BaTiO₃、Bi₄Ti₃O₁₂、PbTiO₃、SrTiO₃、金刚石、石墨、石墨烯、石墨烯氧化物、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、Cd₃As₂、Cd₃Sb₂、Cr₂AlC、Cr₂C、Mn₂AlC、Mo₂C、Mo₂Ga₂C、Mo₃AlC₂、Nb₂AlC、Nb₂C、Nb₄AlC₃、Nb₄C₃、Ta₂C、Ta₄AlC₃、Ti₂AlC、Ti₂AlN、Ti₂C、Ti₂N、Ti₃AlC₂、Ti₃C₂、Ti₃CN、Ti₃SiC₂、Ti₄N₃、V₂AlC、V₂C、V₄AlC₃、V₄C₃、SnS₂、SnSe₂、ReS₂、ReSe₂、hBN、GaSe、Sb₂Te₃、PdS₂、PdSe₂、PtS₂、PtSe₂、GaS、GaTe、Ca(OH)₂、K(FeMg)₃Si₃AlO₁₀(OH)₂、Mg(OH)₂、MnO₂、MoO₃、Sb₂O₃、Sb₂OS₂、Sb₂Se₃、Sb₂S₃、As₂S₃、As₂Te₃、Bi₂O₂Se、Bi₂Se₃、Bi₂TeO₂、BiSbTe₃、Bi₂S₃、Bi₂Te₃、AsP、CdI₂、CdPS₃、CuS、CoPS₃、Cr₂Ge₂Te₆、Cr₂S₃、CrBr₃、CrCl₃、CrGeTe₃、CrPS₄、CrSeBr、CuCrP₂S₆、CuIn₇Se₁₁、FeCl₂、FePS₃、FePSe₃、MoTe₂、GaGeTe、GaInS₃、GaSeTe、GaSSe、GaPS₄、GaSTe、GeAs、GeSe、GeS、GeS₂、GeTe、HfSe₂、HfS₂、HfTe₂、In₂S₃、In₂Se₃、InSe、InTe、InGaSe₂、InSeBr、InSnSe、MnPS₃、MnPSe₃、MoSSe、MoWSe₂、MoWS₂、MoWTe₂、MoNbSe₂、MoO_2.5Cl_0.5、MoReS₂、MoTaSe₂、MoVSe₂、Na₂Co₂TeO₆、Nb₂SiTe₄、NbReS₂、NbReSe₂、NbS₃、Ni₂SiTe₄、Ni₃TeO₆、NiCl₂、NiI₂、NiPS₃、PbI₂、PbTe、PtTe₂、ReMoS₂、ReNbS₂、ReNbSe₂、ReSSe、SbAsS₃、SbSe、SbSI、SiP、SnPSe₃、SnS、Ta₂NiS₅、TaS₂、TaS₃、TaSe₂、TaWSe₂、TlSe、TiBr₃、SnTe₂、TiS₃、TlGaS₂、TlGaSe₂、TlGaTe₂、TlInS₂、WTe₂、WSSe、WNbSe₂、WReSe₂、ZrS₂、ZnIn₂S₄、ZnPS₃、ZnPSe₃、ZrGeTe₄、ZrS₃、ZrSe₂、ZrSe₃、ZrTe₂、ZrTe₃、Cr₂Si₂Te₆、Cr₂Te₃、CrI₃、CrSBr、CrTe₂、Fe₃GeTe₂、Fe₄GeTe₂、TaCo₂Te₂、VS₂、VSe₂、VTe₂、BiSbTeSe、BiTe、CuFeTe、HfTe₅、FeSe、FeTeSe、FeTe、NbS₂、NbSe₂、NbTe₂、NbTe₄、NiTe₂、PdBi₂、PdTe₂、SnTaS₂、TaTe₂、TiTe₂、 Tl₂Ba₂CaCu₂O₈、ZrSiS、CdAs₂、CuSi₂P₃、NbAs₂、PbTaSe₂、Ta₂NiSe₅、Ta₂NiTe₅、Ta₂Se₈I、TaNi₂Te₃、TiS₂、TiSe₂、WNbTe₂、ZnAs₂、ZrTe₅、LaTe₂、NbSe₃、Bi₂SeTe₂、Bi₂Te₂S、BiInTe₃、Bi₂Se_1.5Te_1.5、Bi₄Te_1.5S_1.5、GeBi₂Te₄、PbBi₂Te₄、SnBi₄Te₇、SnSb₂Te₄、NiTe、SbTe、SiTe₂、BiTeI、InSSe、PbSnS₂、TlGaS₃、C₃N₄、Cu₂Te、GeSeTe、MnTe、As₂Se₃、CrPS₃、SnSe、WReS₂、TiBr、BaTiS₃、Al₂O₃、BiFeO₃、Ag₃AsS₃、HgS、铋锶钙铜氧化物、黑砷或黑磷制成。

6.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于所述光源为线偏振和单色，并且中心波长为λ_1s。

7.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于所述相位φ是所述光在反射通道中的复散射振幅的相位，而所述光学元件根据下述条件制造：

–对于s偏振或p偏振而言，

，

其中r ₀₁₂₃ 是光学元件的反射因子，

，

–对于s偏振而言，

，

–对于p偏振而言，

，

，

i、j是层的索引号，

ε_i是第i层的介电磁导率，

d_i是第i层的厚度，

ε₀是光所来自的介质的介电磁导率。

8.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于所述相位φ是所述光在透射通道中的复散射振幅的相位，而所述光学元件根据下述条件制造：

–对于s偏振或p偏振而言，

，

其中t₀₁₂₃是光学元件的透射率，

，

–对于s偏振而言，

，

–对于p偏振而言，

，

，

i、j是层的索引号，

ε_i是第i层的介电磁导率，

d_i是第i层的厚度，

ε₀是光所来自的介质的介电磁导率。

9.一种光学元件，其包含依次排布的厚度为d₁且介电磁导率为ε₁的所述第一光学透明电介质层和厚度为d₂且介电磁导率为ε₂的第二吸收材料层，其特征在于它被提供有沉积在所述第一层或第二层的自由表面上的黏合层，其中所述层被配置为通过使所述第一层被实现为厚度d₁=0.01-100 µm、ε₁=1.7-4.0的聚合物膜，所述第二层由厚度为d₂≤30nm、|ε₂|=1-10的金属制成，而形成拓扑暗态点。

10.根据权利要求9所述的光学元件，其特征在于所述第二层由金、铜、银或铝制成。

11.根据权利要求9所述的光学元件，其特征在于所述第二层的厚度被空间调制。

12.根据权利要求11所述的光学元件，其特征在于所述第二层以衍射光栅的形式制造。