[發明專利]一種基于單層金屬狹縫結構陣列的連續振幅調控超振蕩聚焦透鏡

有效

• 申請號: 201410331060.1
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104049288A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 陳剛;陳李;溫中泉;何應虎;李語燕
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B26/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明屬于光聚焦、光成像領域，特別是涉及連續振幅調控超振蕩聚焦透鏡。

背景技術

在微納光學器件中，通常采用的二值振幅調控往往不能實現最優性能，大大限制了超振蕩聚焦透鏡的設計。亞波長結構陣列可以用來實現對入射電磁波的振幅進行連續調控。相對于二值振幅調控，采用連續振幅調控可以提高超振蕩聚焦透鏡的設計自由度、改善超振蕩聚焦透鏡的聚焦性能，如：提高聚焦能量、降低聚焦光場的旁瓣、擴大聚焦光場的視場范圍等。

目前尚無通過微結構實現振幅連續調控的相關報道，目前報道最多的仍是基于狹縫的二值振幅調控(即振幅透射率為0或者1)。

(1)對于振幅的調控，目前主要是通過狹縫或者小孔實現簡單的透光和不透光兩種模式的控制，開口(孔或狹縫)的地方透光，不開口(孔或狹縫)的地方不透光，也就是二值(0或1)振幅調控；相關文獻有：

●T.Liu,J.Tan,J.Liu,and?H.Wang,“Vectorial?design?of?super-oscillatory?lens,”Opt.Express,Vol.21,pp.15090-15101(2013).

●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).

●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).

(2)根據現有的二值(0或1)振幅調控超振蕩透鏡的聚焦性能來看，分兩種情況，一是焦斑附近旁瓣很大(如文獻：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).)，二是通過把大的旁瓣外推，在主瓣半寬為0.48λ的情況下，有效視場為(-90λ,+90λ)(如文獻：Edward?T?F?Rogers?and?Nikolay?I?Zheludev，“Optical?super-oscillations:sub-wavelength?light?focusing?and?super-resolution?imaging”J.Opt.15,pp.094008(2013))。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于單層金屬狹縫結構陣列的連續振幅調控超振蕩聚焦透鏡，其采用連續振幅調控的金屬狹縫結構單元，該金屬狹縫結構單元狹縫寬度決定了光振幅透射率，通過改變狹縫寬度可以實現振幅連續調控；利用該金屬狹縫結構單元形成空間平面陣列，實現任意給定的光振幅空間分布；采用金屬狹縫結構陣列，使其出射光場滿足超振蕩聚焦透鏡對空間振幅分布的要求，從而提高超振蕩聚焦透鏡的聚焦性能，提高聚焦能量、降低聚焦光場的旁瓣、擴大聚焦光場的視場范圍。

本發明通過以下技術方案來加以實現：

一種基于單層金屬狹縫結構陣列的連續振幅調控超振蕩聚焦透鏡，包括基底、金屬膜層、狹縫結構單元。

所述基底是一塊具有一定厚度的介質材料，對入射光波長λ透明，具有較高的透射率。

所述金屬膜層是位于基底上一層具有一定厚度t₂的金屬材料膜。

所述狹縫結構單元是在長度為L、寬度為a金屬膜層上刻出的長度為l(小于或等于L)、寬度為w(小于或等于a)的狹縫，狹縫的深度與金屬膜層厚度t₂相同；對于給定的入射光波長λ、金屬材料和金屬膜層厚度t₂，通過改變狹縫寬度w來控制狹縫出射幅振幅A(w)，進而實現對透射振幅的連續調控。