[發明專利]基于超材料的哈特曼波前傳感器有效

申請號：	201210050281.2	申請日：	2012-02-29
公開（公告）號：	CN103292910B	公開（公告）日：	2017-05-24
發明（設計）人：	劉若鵬;季春霖;岳玉濤;宋佳陽	申請（專利權）人：	深圳光啟高等理工研究院
主分類號：	G01J9/00	分類號：	G01J9/00
代理公司：	暫無信息	代理人：	暫無信息
地址：	518057 廣東省深圳市南***	國省代碼：	廣東;44
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摘要：
搜索關鍵詞：	基于材料哈特曼波前傳感器
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種哈特曼波前傳感器，尤其涉及一種基于超材料的哈特曼波前傳感器。

背景技術

哈特曼波前傳感器是一種以波前斜率測量為基礎的波前測試儀器。它通過測試光的近場波面相位分布和其隨時間變化的關系，進而得出系統的各項光學特性參數，例如各階澤尼克系數、點擴散函數、傳遞函數、調制傳遞函數、環境能量等。

如圖1所示，圖1為現有的哈特曼波前傳感器的工作原理圖。現有的哈特曼波前傳感器利用微透鏡陣列將入射電磁波波面分割成多個子波面，使得有像差的波面在每一子波面上均可以近視為平面波。該微透鏡陣列包括陣列排布的子孔徑以及位于子孔徑內的子透鏡。

每個子孔徑內的子透鏡將輻射到其上的光聚焦到位于焦平面的二維CCD(Charge-coupled Device)面陣上，該些聚焦的光點形成子孔徑光斑陣列，探測被測波前的子孔徑光斑相對標定光的偏移量就能測出子孔徑光斑陣列上各個子孔徑內波前在X和Y方向上的局部波前斜率，根據這些斜率數據重構例如被測光束近場相位分布和遠場焦斑信息等信息。

現有哈特曼波前傳感器中的透鏡尺寸小，對透鏡自身的曲面加工精度要求很高，使得其造價較高；并且透鏡采用玻璃或者樹脂材料制成，容易磨損，不利于保存。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述不足，提出一種加工精度要求低、成本低、強度高的基于超材料的哈特曼波前傳感器。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是提出一種基于超材料的哈特曼波前傳感器，其包括超材料以及CCD面陣，所述超材料被劃分為多個折射率分布相同的子超材料，所述子超材料聚焦光線于所述CCD面陣上；所述子超材料包括基材以及周期排布于基材上的多個人造金屬微結構，所述子超材料的折射率呈圓形分布，圓心為所述子超材料中心點，圓心處的折射率最大，相同半徑處的折射率相同，隨著半徑增大，折射率減小。

進一步地，所述子超材料上以其中心點為圓心，半徑為r處的折射率為：

其中，n_max為子超材料所具有的折射率最大值，n_min為子超材料所具有的折射率最小值，ss為所述CCD面陣距超材料垂直距離，為子超材料長度。

進一步地，所述子超材料的厚度d為：

其中，λ為可見光波長，n_max為子超材料所具有的折射率最大值，n_min為子超材料所具有的折射率最小值。

進一步地，所述多個人造金屬微結構拓撲圖案相同，所述多個人造金屬微結構在所述子超材料上呈圓形分布，圓心為子超材料的中心點，圓心處的人造金屬微結構尺寸最大，相同半徑處的人造金屬微結構尺寸相同，隨著半徑的增大，人造金屬微結構尺寸減小。

進一步地，所述人造金屬微結構為“工”字形，包括豎直的第一金屬分支以及位于所述第一金屬分支兩端且垂直于所述第一金屬分支的第二金屬分支。

進一步地，所述人造金屬微結構還包括位于所述第二金屬分支兩端且垂直于所述第二金屬分支的第三金屬分支。

進一步地，所述人造金屬微結構為平面雪花型，包括相互垂直的兩條第一金屬分支以及位于所述第一金屬分支兩端且垂直于所述第一金屬分支的第二金屬分支。

進一步地，所述人造金屬微結構的材質為銀。

進一步地，所述人造金屬微結構通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻、離子刻或斜角沉積法附著于所述基材上。

進一步地，所述基材材質為高分子材料、陶瓷材料、貼點材料、鐵氧材料或鐵磁材料。

本發明利用超材料原理制備子超材料陣列以匯聚光線，代替了傳統哈特曼波前傳感器的微透鏡陣列。其電磁參數調節簡單且匯聚焦點可控，能大大簡化哈特曼波前傳感器整體設計。同時超材料為平板狀，其制備工藝簡單、成本較低且耐磨性較傳統透鏡更好，使用壽命更長。