[發明專利]一種基于介質超表面構造多焦點透鏡的方法

有效

• 申請號: 201810470820.5
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108761585B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 陳明;趙德平;苑立波;鄧洪昌;劉厚權;滕傳新;鄧仕杰;楊海燕;徐榮輝
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于介質超表面構造多焦點透鏡的方法。主要包括如下步驟：步驟(1).在波長為380nm～780nm的可見光工作帶寬內，研究不同形狀尺寸的介質超表面結構的光學特性，通過對結構單元的設計，找出多個可以響應不同波段的結構，從而實現對入射電磁波進行調制；步驟(2).選擇需要出射的各個聚焦點的位置，根據透鏡的等光程原理，確定超表面結構的相位分布；步驟(3).將不同形狀尺寸的介質超表面結構放置于對應的位置，根據Pancharatnam?Berry相位，只需調節超表面結構的旋轉方向就能夠滿足步驟(2)中的相位分布要求。本發明通過介質超表面結構實現多焦點透鏡的效果，且具有高效率的聚焦功能，并且具有尺寸極薄，原理簡單容易實現等特點。

(一)技術領域

本發明涉及的是一種基于介質超表面構造多焦點透鏡的方法，屬于微納光學及光學芯片集成領域。

(二)背景技術

近年來，基于超表面設計的透鏡引起了人們的廣泛關注，相比于傳統光學元件，其并非由光在介質中傳輸時通過光程的累積來改變傳輸光波前的相位分布，而是利用所設計亞波長單元結構對電磁波的異常響應特性，對不同結構參數單元以一定規則排列，從而實現對電磁波振幅和相位的靈活調制。

通過對超表面結構的精心設計，我們可以制作出多個焦點的微納透鏡，其克服了傳統光學元器件體積龐大、質量較重、功能固定單一等缺點，且厚度達到微米量級。其具有的多焦點聚焦功能在集成光學系統中具有非常廣泛的應用前景。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單緊湊、操作調節容易的基于介質超表面構造多焦點透鏡的方法。

本發明的目的是這樣實現的：

步驟(1).在波長為380nm～780nm的可見光工作帶寬內，研究不同形狀尺寸的介質超表面結構的光學特性，通過對結構單元的設計，找出多個可以響應不同波段的結構，從而實現對入射電磁波進行調制；

步驟(2).選擇需要出射的各個聚焦點的位置，根據透鏡的等光程原理，確定超表面結構的相位分布；

步驟(3).將不同形狀尺寸的介質超表面結構放置于對應的位置，根據Pancharatnam-Berry相位，只需調節超表面結構的旋轉方向就能夠滿足步驟(2)中的相位分布要求。

所述的步驟(3)中，對于圓偏振光入射，透射光包含兩種圓偏振態：其中一種透射光與入射光的偏振態相反但具有額外的相位延遲，另一種透射光與入射光的偏振態相同但沒有額外的相位延遲，額外的相位延遲由Pancharatnam-Berry相位±2θ提供，其中θ是超表面結構的方位角。步驟(1)中，響應不同波段是指：超表面結構可以分別在不同波段將入射光轉換為與入射光偏振態相反的透射光。

所述的步驟(2)中，利用了透鏡的等光程原理，對于任意焦點F(x₁,y₁,z₁),超表面相位應滿足：

就是超表面應滿足的相位，其中，x,y是超表面上的坐標點，λ是入射光波長。確定每一個不同位置的相位就確定了整個多焦點透鏡上的相位分布。

(四)附圖說明

圖1為左旋圓(LCP)偏振光入射介質超表面陣列后，透射光包含的兩種偏振態示意圖，其中一種透射光與入射光的偏振態相反,即右旋圓(RCP)偏振光，另一種透射光與入射光的偏振態相同。

圖2是多焦點透鏡的結構示意圖，其由3種不同形狀的超表面組成，分別對應3個子透鏡。

圖3為左旋圓(LCP)偏振光入射設計的超表面陣列聚焦示意圖，其可將透射光中的右旋圓偏振光聚焦。

圖4為多焦點透鏡仿真圖，將不同波段的光聚焦于不同位置。

(五)具體實施方式