[發(fā)明專利]基于晶態(tài)二氧化鈦的超平面透鏡

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811324069.4
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109613631A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韋中超;梁瑤瑤;戴勁松
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B1/00
• 代理公司: 廣州容大專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

本發(fā)明提出了一種在可見光譜中能高效運行的基于晶態(tài)二氧化鈦的超平面透鏡，包括平面基底和設(shè)置在平面基底上的多個納米柱，所述平面基底和多個納米柱的材料均為晶態(tài)二氧化鈦，每個納米柱的相位值滿足以下關(guān)系：其中l(wèi)是一個任意整數(shù)，λ₀和f₀是超平面透鏡的預(yù)設(shè)波長和焦距，(x_i,y_i)是每個納米柱的坐標(biāo)。本發(fā)明提出的超平面透鏡除了具有將光聚焦到衍射極限光斑的能力之外，還可以實現(xiàn)寬帶聚焦，與理想焦斑的色差偏差僅為10％左右。與最近流行的P?B超平面透鏡(限制其入射光處于圓偏振態(tài))相比，本發(fā)明超平面透鏡能夠使入射光對偏振狀態(tài)不敏感。本發(fā)明超平面透鏡具有超薄、緊湊的特征，以及相當(dāng)高的性能，可以在實現(xiàn)小型化和輕量化的光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于晶態(tài)二氧化鈦的超平面透鏡。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的鏡頭一般都由一些透鏡精密級聯(lián)而成，這使得鏡頭非常的笨重昂貴，不利于它們在高效集成系統(tǒng)的應(yīng)用。近年來，超平面，一種可以任意調(diào)控光束波前陣列的相位、強度、偏振態(tài)的二維超材料的出現(xiàn)，成為了集成光學(xué)器件良好的平臺，其中的相位可以精確地利用具有亞波長尺寸和間隔的納米結(jié)構(gòu)天線來任意調(diào)控，目前許多基于超平面的集成良好的光學(xué)設(shè)備比如超平面透鏡、錐透鏡、波片、渦旋光產(chǎn)生片等器件已經(jīng)有過許多闡述。盡管關(guān)于超平面透鏡的工作已經(jīng)有很多，但以往的工作大都集中在用幾個或者十幾個的單元結(jié)構(gòu)天線來定性地表征其聚焦效果，這使得它們距離實際的產(chǎn)品應(yīng)用還很遠(yuǎn)。而且以往的超平面透鏡的構(gòu)成材料多基于硅或者金屬材料，這些材料的工作波長多工作在中紅外或者太赫茲波段，在可見光波段的吸收損耗較高，因此以往基于這些材料的可見光透鏡的聚焦效率很低。因此設(shè)計出一種工作在可見光波段且高效實用的超平面透鏡成為了目前的迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，有必要針對上述的問題，提供一種基于晶態(tài)二氧化鈦的超平面透鏡。

一種基于晶態(tài)二氧化鈦的超平面透鏡，包括平面基底和設(shè)置在平面基底上的多個納米柱，所述平面基底和多個納米柱的材料均為晶態(tài)二氧化鈦，每個納米柱的相位值滿足以下關(guān)系：

其中l(wèi)是一個任意整數(shù)，λ₀和f₀是超平面透鏡的預(yù)設(shè)波長和焦距，(x_i,y_i)是每個納米柱的坐標(biāo)。

優(yōu)選的，所述納米柱為方形。

優(yōu)選的，所述納米柱的寬度w滿足以下關(guān)系：

m＝π²(n₂²-n₁²)/λ²

其中，β是平板波導(dǎo)的傳播常數(shù)，w是納米柱的寬度，n₁是空氣的折射率，n₂是納米柱的折射率。

優(yōu)選的，所述超平面透鏡的厚度為400-700nm。

本發(fā)明提出了一種在可見光譜中能高效運行的基于晶態(tài)二氧化鈦的超平面透鏡，除了具有將光聚焦到衍射極限光斑的能力之外，這些超平面透鏡還可以實現(xiàn)寬帶聚焦，與理想焦斑的色差偏差僅為10％左右。與最近流行的P-B超平面透鏡(限制其入射光處于圓偏振態(tài))相比，本發(fā)明超平面透鏡能夠使入射光對偏振狀態(tài)不敏感，無論入射光是來自任何狀態(tài)(0°-360°)的線偏振光還是具有不同手性的圓偏振光。本發(fā)明超平面透鏡具有超薄、緊湊的特征，以及相當(dāng)高的性能，可以在實現(xiàn)小型化和輕量化的光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

附圖說明