[發(fā)明專利]一種毫米波段高能量透過(guò)率的亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)透鏡

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910243547.3
• 申請(qǐng)日: 2009-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101793982A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜春雷;王義富;史立芳;董小春;鄧啟凌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G02B3/00
• 分類號(hào): G02B3/00;G02B27/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀(jì)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種透鏡設(shè)，特別是一種高能量透過(guò)率和高能量衍射效率的亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu) 透鏡。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)介質(zhì)透鏡在微波波段存在損耗大，面型加工復(fù)雜，體積大等缺點(diǎn)，不易于光電系統(tǒng) 的集成化和微型化。于是人們針對(duì)傳統(tǒng)介質(zhì)透鏡的確定研制出各種不同類型的透鏡。 E.Jehamy等人通過(guò)波導(dǎo)理論設(shè)計(jì)一種緊密約束型金屬平板透鏡，這種透鏡利用相隔不同距 離的平行的導(dǎo)電板產(chǎn)生折射率小于1的等效煤質(zhì)而實(shí)現(xiàn)聚焦并成功應(yīng)用到毫米波段天線輻射 上。而平板BOOTLACE波導(dǎo)透鏡采用了接受面和發(fā)射面插入一段寬邊尺寸都不相同的波導(dǎo)來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)波束方向的控制。2005年，史浩飛提出可以通過(guò)金屬膜上一系列的納米縫在一維尺度 來(lái)控制光束，這些納米縫具有相同深度和變化的寬度。結(jié)構(gòu)透鏡是由尹韶云、段媛等提出來(lái) 的一種新型透鏡并應(yīng)用在紅外波段。這種新型透鏡是通過(guò)在二維金屬膜上制作亞波長(zhǎng)尺度孔 陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的控制和匯聚。因?yàn)槠渚哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，入射面和出射面均 為平面，所以這種透鏡更容易實(shí)現(xiàn)光電系統(tǒng)的集成化和微型化。這種新型結(jié)構(gòu)透鏡可以應(yīng)用 到雷達(dá)探測(cè)，精確制導(dǎo)，天線輻射等領(lǐng)域。但在以前所設(shè)計(jì)的金屬透鏡中，均采用了周期采 樣方式。這種周期采樣方法方孔提高不了方孔的占空比。能量透過(guò)率非常低。從而制約了它 的進(jìn)一步應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)周期采樣采樣方式能量透過(guò)率和衍射效率低下的問(wèn) 題，提供一種毫米波段高能量透過(guò)率和高衍射效率的亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)透鏡，其能量透過(guò)率可 以達(dá)到70％以上，衍射效率可以提高到50％以上，大幅度地提高了能量透過(guò)率和透鏡的衍射 效率。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種毫米波段高能量透過(guò)率的亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)透鏡，所述透鏡 的制作步驟如下：

(1)確定入射波的偏振方向?yàn)閥方向，入射光波長(zhǎng)λ，金屬基片材料和透鏡幾何參數(shù)， 所述透鏡幾何參數(shù)包括焦距f、透鏡口徑D及金屬基片厚度h；

(2)在y方向確定采樣周期p和矩形孔在y方向的邊長(zhǎng)b，周期p大于b，b取值為λ/2。 在此y方向上矩形孔之間的間隔d＝p-b，d可取0.1mm到0.5mm之間；

(3)在x方向進(jìn)行非周期采樣，計(jì)算不同位置的采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相位延遲

其中為相位延遲，2mπ為位相調(diào)制因子，m為一合適整數(shù)，將位相調(diào)制在0到 2π之內(nèi)，λ為入射光波長(zhǎng)，r采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的矩形孔中心距離透鏡中心的距離，f為所制作的 透鏡焦距，相鄰金屬孔在x方向間隔也為d，其中矩形在x方向邊長(zhǎng)a滿足

h(2πλ)2-(π/a)2=2mπ+2πλ(f-r2+f2)]]>

h為金屬基片膜厚，λ為入射光波長(zhǎng)，a為距中心r的位置對(duì)應(yīng)的矩形孔在x方向的邊 長(zhǎng)；

(4)利用步驟(2)和步驟(3)中所確定的參數(shù)在步驟(1)中選擇的金屬材料上面進(jìn)行打 孔，即可獲得高能量透過(guò)率的結(jié)構(gòu)透鏡。

所述步驟(1)中的金屬材料為銅、鋁、金或銀。

所述步驟(1)中的入射光波長(zhǎng)為毫米波量級(jí)，波長(zhǎng)范圍為1mm-10mm。

所述步驟(1)中的金屬基片膜厚h應(yīng)當(dāng)大于以保證所有矩形的邊長(zhǎng)都在半波 長(zhǎng)到波長(zhǎng)范圍之內(nèi)。