[發明專利]雙折射相位調控超表面結構單元、寬帶偏振與相位調控陣列及器件

有效

• 申請號: 201711045990.0
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107589540B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 陳剛;溫中泉;李語燕;曹璐瑤;張智海
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06;G02B26/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

一種基于雙折射超表面結構的寬帶偏振與相位調控陣列，包括基底、金屬反射膜、介質層、“十”字形亞波長光學天線單元、雙折射相位調控超表面結構單元、雙折射相位調控超表面結構陣列。通過合理設計，可以使該雙折射相位調控超表面結構單元具有雙折射效應和相位調控功能，在圓偏振光入射條件下，進而實現對反射光具有空間亞波長分辨率的偏振調控和相位調控；針對圓偏振入射光，根據所需的空間偏振和相位分布，排布雙折射相位調控超表面結構單元，形成雙折射相位調控超表面結構陣列，以期獲得任意偏振和相位分布的特殊光場。并且該雙折射相位調控超表面結構單元和雙折射相位調控超表面結構陣列具有較寬的工作波長范圍。

技術領域

本發明屬于光聚焦、光成像、光場調控領域，特別是涉及偏振和相位獨立調控的復雜矢量光場調控器件。

背景技術

對于常規的超衍射透鏡而言，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，嚴重限制了其進一步發展。遠場超衍射聚焦是光波發生精確干涉的結果，因此在器件設計和實現中，在器件透射率函數中引入相位調控是非常必要的。基于多值相位調控的亞波長結構可顯著改善超衍射聚焦器件的聚焦性能，如：減小遠場聚焦焦斑、提高效率、抑制旁瓣、增大視場范圍等。同時，采用特殊偏振光束聚焦，有利于進一步提高超衍射聚焦性能，如對于柱對稱偏振光聚焦，通常采用單獨的偏振轉換器件產生所需的角向或徑向偏振光，再通過傳統透鏡或超衍射透鏡聚焦，需要將角向或徑向偏振光束光軸與聚焦器件光軸同軸對準，這大大地增加了光學對準難度，限制了超衍射聚焦性能的提升。

(1)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,Li Chen,Yinghu He,Sheng Liu,Super-oscillation Far-FieldFocusing Lens based on Ultra-thin Width-varied Metallic SlitArray,IEEEPhotonics Technology Letters,28(3),pp335-338,2016。

(2)對于相位調控，目前可以通過調節非晶硅的尺寸來實現2π的相位變化；相關文獻如：Amir Arbabi,Ehsan Arbabi,Seyedeh Mahsa Kamali,Yu Horie,Seunghoon Han andAndrei Faraon,Miniature optical planar camera basedon a wide-anglemetasurface doublet corrected for monochromatic aberrations,NatureCommunications,7,pp13682:1-9,2016。

(3)對于柱對稱偏振光聚焦，目前采用單獨的偏振轉換器件產生所需的角向或徑向偏振光，再通過超衍射透鏡聚焦；相關文獻如：YuAnping,Chen Gang,Zhang Zhihai,WenZhongquan,Dai Luru,ZhangKun,JiangSenlin,Wu Zhixiang,Li Yuyan,Wang Changtao,Luo Xiangang,Creation of Sub-diffraction Longitudinally Polarized Spot byFocusing Radially Polarized Light with Binary Phase Lens,Scientific Reports,6,pp38859:1-9,2016。

發明內容