[發明專利]一種多值相位?二值振幅的超衍射空心光環聚焦器件

有效

• 申請號: 201610599066.6
• 申請日: 2016-07-27
• 公開（公告）號: CN106019441B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 陳剛;溫中泉;武志翔;余安平
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 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，特別是涉及多值相位-二值振幅調控遠場超衍射聚焦器件。

背景技術

對于常規的微透鏡而言，雖然采用了各種相位結構，但仍未能突破衍射極限。對于遠場超衍射聚焦器件，通常采用二值振幅調控或準連續振幅調控，往往不能實現較好的聚焦性能，其聚焦效率低、旁瓣強度過大嚴重限制了超衍射器件的發展。遠場超衍射聚焦是光波發生精確干涉的結果，因此在超衍射器件設計和實現中，在器件透射率函數中引入相位調控是非常必要的。基于多值相位-二值振幅調控的亞波長結構可顯著改善聚焦器件的聚焦性能，如：減小遠場超衍射聚焦焦斑、提高效率、抑制旁瓣、增大視場范圍等。

(1)對于振幅調控，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 ofthe 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)振幅調控超衍射聚焦器件的聚焦性能來看，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).)，二是通過將大的旁瓣外推，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))。

(3)對于準連續振幅調控，目前可以通過改變亞波長金屬狹縫的寬度實現振幅0-1范圍內的準連續變化；相關文獻如：Gang Chen*,Yuyan Li,Xianyou Wang,Zhongquan Wen,Feng Lin,Luru Dai,LiChen,Yinghu He,Sheng Liu,Super-oscillation Far-Field Focusing Lens based on Ultra-thin Width-varied Metallic Slit Array,IEEE Photonics Technology Letters,28(3),pp335-338,2016。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種多值相位-二值振幅的超衍射空心光環聚焦器件，其是基于介質-金屬同心圓環結構陣列的遠場超衍射角向偏振空心光環聚焦器件，采用多值相位調控的介質圓環結構和二值振幅調控的金屬圓環結構，通過改變介質圓環和金屬圓環的厚度實現多值相位調控和二值振幅調控；利用介質圓環和金屬圓環結構單元形成空間平面同心圓環陣列，實現遠場超衍射角向偏振空心光環聚焦所需的聚焦器件透射函數振幅相位空間分布，從而實現突破衍射極限的遠場超衍射角向偏振空心光環聚焦。

本發明通過以下技術方案來加以實現：