[發(fā)明專利]超表面稀疏孔徑透鏡

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911000828.6
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110632684B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡敬佩;劉鐵誠;曾愛軍;朱玲琳;黃惠杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02B3/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

超表面稀疏孔徑透鏡包括多個按照一定序列排布的子透鏡，每個子透鏡包括多個微結(jié)構(gòu)和支撐該微結(jié)構(gòu)的基底，所有子透鏡共同構(gòu)成超表面稀疏孔徑透鏡。所述的超表面稀疏孔徑透鏡所對應(yīng)的相位信息可以由入射光波長、透鏡焦距確定。利用稀疏孔徑技術(shù)，本發(fā)明可以通過子透鏡陣列系統(tǒng)獲取與大孔徑光學(xué)系統(tǒng)相同的空間分辨率，從而降低大孔徑超透鏡的制備難度和加工成本。本發(fā)明在顯微成像系統(tǒng)和內(nèi)窺成像系統(tǒng)的小型化和集成化等方面具有很高的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及超表面稀疏孔徑透鏡。

背景技術(shù)

超表面透鏡是一種基于亞波長微結(jié)構(gòu)組成的超薄二維陣列平面，是一種二維衍射光學(xué)元件，因其具備對電磁波振幅、相位、偏振態(tài)的有效調(diào)控，具有平面集成、消色差、超越衍射極限等潛力，使其成為當(dāng)前衍射光學(xué)和納米光子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，然而超表面透鏡仍然存在孔徑較小，無法實(shí)現(xiàn)大孔徑裝備制造等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出超表面的稀疏孔徑透鏡，該裝置解決了現(xiàn)有超表面透鏡無法實(shí)現(xiàn)大孔徑裝備制造的問題，降低大孔徑超透鏡的制備難度，減輕載荷體積和重量，同時，子透鏡陣列可以獲取與大孔徑相同的空間分辨率，在提高超表面光學(xué)透鏡系統(tǒng)分辨率以及提高超表面透鏡的制備效率等方面有很高的應(yīng)用價值。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

超表面的稀疏孔徑透鏡，其特征在于，由多個結(jié)構(gòu)相同的超表面子透鏡按照一定空間位置排列在基底上而成，每個超表面子透鏡由多個結(jié)構(gòu)相同的微結(jié)構(gòu)像素單元排列而成。

所述的微結(jié)構(gòu)像素單元由長方體以及包圍該長方體的長方體環(huán)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該長方體環(huán)狀結(jié)構(gòu)為刻蝕的微結(jié)構(gòu)，長方體為保留的微結(jié)構(gòu)。

所述的超表面的稀疏孔徑透鏡，其特征在于，所述的一定空間位置包括Annulus、Double、Golay3、Ring6、Golay6或Tri-arm7。

所述的超表面的稀疏孔徑透鏡，其特征在于，所述的微結(jié)構(gòu)像素單元為能夠調(diào)控相位變化的金屬超表面微結(jié)構(gòu)或介質(zhì)超表面微結(jié)構(gòu)。

所述的超表面的稀疏孔徑透鏡，其特征在于，所述的基底由二氧化硅、氧化鋁或其他透光自支撐介質(zhì)制備而成。

所述的超表面的稀疏孔徑透鏡的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)設(shè)計一定空間位置的子透鏡陣列；

2)計算子透鏡的相位分布，并生成相位圖譜，公式如下：

其中為微結(jié)構(gòu)像素單元長方體中心所對應(yīng)的相位，x為微結(jié)構(gòu)像素單元長方體中心橫向坐標(biāo)，y為x為微結(jié)構(gòu)像素單元長方體中心縱向坐標(biāo)，m為任意整數(shù)，f為超表面子透鏡所對應(yīng)的焦距，λ為入射光波長；

3)對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)微結(jié)構(gòu)像素單元進(jìn)行仿真獲得所述不同參數(shù)微結(jié)構(gòu)單元的相位調(diào)控曲線和透過率曲線，對所述微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使得微結(jié)構(gòu)的能夠達(dá)到0-2π的相位調(diào)控能力，同時保證透過率具有一致性；

4)根據(jù)需求對所生成的相位圖譜進(jìn)行等比例離散化，并選取對應(yīng)的微結(jié)構(gòu)像素單元尺寸，生成微結(jié)構(gòu)尺寸圖譜文件；

5)利用電子束曝光或激光直寫曝光和刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的曝光和轉(zhuǎn)移，得到所需的超表面稀疏孔徑透鏡。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果如下：

本發(fā)明可以通過子透鏡陣列系統(tǒng)獲取與大孔徑光學(xué)系統(tǒng)相同的空間分辨率，從而降低大孔徑超透鏡的制備難度和加工成本。本發(fā)明在顯微成像系統(tǒng)和內(nèi)窺成像系統(tǒng)的小型化和集成化等方面具有很高的應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明超表面稀疏孔徑透鏡結(jié)構(gòu)三維示意圖；

圖2為本發(fā)明微結(jié)構(gòu)像素單元示意圖；