[發(fā)明專利]一種具有連續(xù)振幅和相位調(diào)控的亞波長孔結(jié)構(gòu)陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410317149.2
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104076531B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳剛;溫中泉;陳李;何應(yīng)虎
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光場調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及可實現(xiàn)對入射電磁波的相位和振幅進(jìn)行連續(xù)調(diào)控的亞波長結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

亞波長結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)對入射電磁波的相位和振幅進(jìn)行調(diào)控，可應(yīng)用于各種電磁波功能器件中。實現(xiàn)同時對相位和振幅的連續(xù)調(diào)控是電磁波功能器件的關(guān)鍵。在微納光學(xué)器件中，通常采用的二值振幅調(diào)控或者純相位調(diào)控，往往不能得到最優(yōu)的光學(xué)設(shè)計，這大大限制了微納光學(xué)器件工作性能。實現(xiàn)對光波振幅和相位的連續(xù)調(diào)控，將增加微納光學(xué)器件的設(shè)計自由度，并極大提升微納光學(xué)器件的性能。

1、現(xiàn)有技術(shù)對于相位的調(diào)控，通常是采用單層金屬孔(或縫)，通過改變孔的直徑(或縫的長、寬)來控制單層金屬孔(或縫)等效折射率n_eff＝n_R+in_I。對于單層圓形理想金屬孔，其等效折射率可以表示為：

(公式1)

其中n_core為金屬孔填充介質(zhì)，χ′_mn為第一類m階Bessel函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)等于零的第n個解；χ_mn為第一類m階Bessel函數(shù)等于零的第n個解；λ為光波長；D為金屬孔直徑。例如：對于365nm的入射波長，單層理想金屬孔單元等效折射率實部n_R和虛部n_I隨金屬孔直徑D的變化關(guān)系如圖1所示

如圖1所示，對于理想金屬孔，入射光波長λ＝365nm，當(dāng)金屬孔直徑D小于臨界直徑D_c＝216nm時，光通過金屬孔后表現(xiàn)出純振幅衰減；而當(dāng)直徑D大于臨界直徑D_c＝216nm時，光通過金屬孔后表現(xiàn)出純相位增加；因此，對于單個尺寸的金屬孔無法同時實現(xiàn)對相位和振幅的連續(xù)調(diào)節(jié)。

目前，一般是采用直徑大于D_c的單層金屬孔來實現(xiàn)等效折射率實部n_R的控 制，而相位延遲由等效折射率實部與孔深度的乘積n_Rt決定。因此，可以通過調(diào)節(jié)孔的深度t或直徑D(大于D_c)來實現(xiàn)對光波相位延遲。該相位延遲很容易根據(jù)公式1中給出的等效折射率解析計算公式得到，這種相位延遲的函數(shù)關(guān)系比較明顯，中國發(fā)明專利CN200710176013.4”一種三維亞波長金屬透鏡”和CN200810104602.6”一種深度調(diào)制三維亞波長金屬結(jié)構(gòu)透鏡”所報道的相位調(diào)控就是采用這種方式，但它們都只是實現(xiàn)了相位的調(diào)控。

對于相位調(diào)控，也有人提出采用亞波長金屬柱陣列來實現(xiàn)相位的連續(xù)調(diào)控,參見文獻(xiàn)L.Verslegers,P.B.Catrysse,Z.Yu,W.Shin,Z.C.Ruan,and S.Fan,“Phase front design with metallic pillar arrays,”O(jiān)pt.Lett.Vol.35,pp.844-846(2010)。

2、對于振幅調(diào)控，目前主要是通過孔或者縫實現(xiàn)簡單的透光和不透光兩種模式，開孔(縫)的地方透光，不開孔(縫)的地方不透光，也就是二值(0或1)振幅調(diào)控；相關(guān)文獻(xiàn)有：

(1)T.Liu,J.Tan,J.Liu,and H.Wang,“Vectorial design of super-oscillatory lens,”O(jiān)pt.Express,Vol.21,pp.15090-15101(2013)。

(2)E.T.F.Rogers,J.Lindberg,T.Roy,S.Savo,J.E.Chad,M.R.Dennis,and N.I.Zheludev,“A super-oscillatory lens optical microscope for subwavelength imaging,”Nat.Mater.Vol.11,pp.432-435(2012)。

(3)V.V.Kotlyar,S.S.Stafeev,Y.Liu,L.O’Faolain,and A.A.Kovalev,“Analysis of the shape of a subwavelength focal spot for the linearly polarized light,”Appl.Opt.Vol.52,pp.330-339(2013)。

現(xiàn)有技術(shù)中還未見有同時實現(xiàn)連續(xù)振幅、連續(xù)相位調(diào)控的結(jié)構(gòu)報道。然而，同時實現(xiàn)連續(xù)振幅、連續(xù)相位調(diào)控在光學(xué)器件設(shè)計中具有巨大的優(yōu)勢，即振幅值和相位值的任意組合在光學(xué)器件中有著重要的作用，尤其是對于光學(xué)聚焦器件。

發(fā)明內(nèi)容