[實用新型]一種大角度離軸聚焦平面透鏡

有效

• 申請號: 201720370199.6
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN206818898U
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 余豪;林良昭;李驍盈;吳瀚韜
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G02B3/02
• 分類號: G02B3/02;G02B1/00
• 代理公司: 廣州番禺容大專利代理事務所(普通合伙)44326
• 代理人: 劉新年

技術領域

本實用新型涉及微納光學器件，具體涉及一種大角度離軸聚焦平面透鏡。

背景技術

在高度集成的光學系統中，具有小外形尺寸和優良光學性能的光學器件是非常重要的。隨著納米制造技術的出現，越來越多的緊湊光學系統被提出來，平面透鏡由于其特有的聚焦能力和超薄特性，受到了研究人員的青睞，已經成為成像系統、醫學診斷、通信和光譜測量方面不可或缺的組件。作為典型的代表，電解質表面透鏡具有光損耗非常低的特點，例如基于金屬納米片的等離子體透鏡，已經被設計出來，通過設計金屬納米狹縫來控制出射光束。然而，這些透鏡由于聚焦調制方法的缺陷，其實際工作距離被嚴格限制在近場區域，同時，大角度的聚焦能力也還有待改善，因而限制了其應用場合?？梢?，現有技術尚存在不足之處。

實用新型內容

有鑒于此，有必要針對上述的問題，提供一種基于有機鈣鈦礦(CH₃NH₃PbI₃)超材料的大角度離軸聚焦平面透鏡。

為實現上述目的，本實用新型采取以下的技術方案：

本實用新型的大角度離軸聚焦平面透鏡，包括襯底層，設置于所述襯底層上方的金屬納米片組，所述金屬納米片組有序地間隔排列在所述襯底層上，使襯底層上形成一序列狹縫，所述狹縫內填充有機鈣鈦礦(CH3NH3PbI3)超材料。

進一步的，所述襯底層材料為二氧化硅材料。

進一步的，所述納米片厚度為150nm-800nm，寬度為200-400nm。

本實用新型設計的納米片厚度可以實現在光波波長為380nm-760nm的范圍內實現聚焦。

作為優選的，所述納米片組厚度為450nm，寬度為250nm。

進一步的，所述納米片組為金納米片組或銀納米片組。

作為優選的，所述納米片組為金納米片組。采用金納米片組由于其色散關系的影響，在可見光波段其對旁斑抑制效果更明顯。

進一步的，所述狹縫寬度設置為80nm-350nm。

作為優選的，所述狹縫寬度設置為150nm。在該寬度下實現聚焦對旁斑的抑制效果較好。

可以理解的是，所述有機鈣鈦礦填充的厚度應該是與金屬納米片組的厚度相一致。

當入射光通過寬度顯著小于入射波長的狹縫時，基模(TM₀)產生的相位延遲可以由Re(β)h計算出來，h和β的關系如下：

其中，Re表示實部，h表示狹縫的厚度，β表示有機鈣鈦礦材料的色散，k₀自由空間傳輸函數，w是納米縫隙的孔徑，ε_d,ε_m分別是絕緣體(有機鈣鈦礦材料)和金屬的介電常數。

與普通透鏡類似，當具有圓偏振(CPL)的橫磁波(TM)從二氧化硅襯底穿過狹縫進入上空氣介質時，由相位調制帶來的干涉作用對遠場聚焦起到主要的作用，可以實現按照設計目標提出的聚焦效果。根據等效光程原理，從透鏡中心為原點的橫向相位分布函數可以表示為：

其中n是任意整數，λ是工作波長，而f是設計的焦距。因此，只要不同位置的相移滿足(2)式，就可以實現所要求設計的聚焦距離。

本實用新型的有益效果為：

本實用新型通過平面透鏡中的金屬-有機鈣鈦礦薄膜具有強激子-等離子體耦合效應，帶來很高的折射率和很低的散射損失，當入射光透過各個狹縫時，利用透射光的相關相移來控制光束的相位調制，進而實現光束的聚焦。本實用新型的平面透鏡具有廣角成像的能力。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的平面透鏡的結構示意圖。其中，(a)是平面透鏡的示意圖；(b)是單個狹縫的截面圖。

圖2是本實用新型提供的平面透鏡的性能示意圖。其中，(a)表示聚焦距離為20μm時平面透鏡的透射場光強分布圖；(b)表示聚焦距離為30μm時平面透鏡的透射場光強分布圖；(c)表示聚焦距離為40μm時平面透鏡的透射場光強分布圖；(a)-(c)圖中的虛線表示工作波長為700nm時焦平面所在位置；(d)表示(a)-(c)圖中不同焦距時z軸方向的光強分布；(e)表示(a)-(c)圖中不同焦距時x軸方向的透射光強分布。

圖3是本實用新型提供的焦距為40μm的平面透鏡在不同入射角度時的聚焦性能。其中(a)-(d)為632.8nm的入射光分別以角度為15度、30度、45度、60度入射時的透射光強分布圖。