[實用新型]一種長聚焦閃耀型負折射光柵透鏡

有效

• 申請號: 201920308978.2
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN209590317U
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 孫鈺淇;許吉;楊茜;劉揚眉;劉山峰;李康;陸云清;劉寧
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B3/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本實用新型公開了一種長聚焦閃耀型負折射光柵透鏡，所述透鏡包括負折射光柵和閃耀階梯，所述負折射光柵由高度相等、半徑從內到外逐漸遞增的同心環階梯組成，所述閃耀階梯由設在所述同心環階梯表面的環形錐組成；本實用新型結構簡單易設計，材料獲取容易，當光從底部垂直進入結構時，在結構出射表面發生衍射，將光有效的聚焦在所預設的焦點處，有效的利用了光能，具有極強的聚焦效果。

技術領域

本實用新型涉及一種長聚焦閃耀型負折射光柵透鏡，屬于人工微結構材料集成光學技術領域。

背景技術

隨著科學加工技術的發展，現今已經可以加工出尺寸小到納米量級的材料，而這些材料具有很多其在宏觀尺度下所不具有的特殊效應，如量子尺寸效應、小尺寸效應、表面與界面效應和宏觀量子隧道效應等等，因而在通信、生物醫學、傳感和存儲等領域具有廣闊的應用前景。人工微結構材料是指對微納尺度范圍的材料進行結構上的設計和整合來實現對電磁波的靈活調控、得到一些新穎的光學特性，是目前光學與多學科前沿交叉領域的研究熱點。

相比于標量光束，偏振態空間非均勻分布的矢量光束在時空演化和與物質的相互作用方面蘊含著更豐富的物理效應。其中柱矢量光束(CVB)的偏振態在空間沿著軸向呈柱對稱分布，這種獨特的偏振態分布特性和相關的物理效應吸引了廣大科研工作者的研究，其在光學微操縱、單分子成像、超分辨顯微、微加工等多個領域均有重要應用。

利用傳統透鏡，可實現徑向偏振光的緊聚焦。隨著研究的深入，CVB的調控手段逐漸豐富，其中亞波長尺度的聚焦，多利用等離激元透鏡。Gilad M.Lerman等人在題為《Demonstration of Nanofocusing by the use of Plasmonic Lens Illuminated withRadially Polarized Light》的文章中實驗驗證了等離激元透鏡對徑向偏振光的聚焦，見NANO LETTERS第9卷第5期第2139-2143頁的記載，但是等離激元是倏逝波的一種耦合模式，無法傳播很遠的距離，只能實現在透鏡表面附近的聚焦，且由于等離激元激發的偏振依賴條件使得其對于CVB的亞波長聚焦局限在徑向偏振光情況。

除了之外，傳統的拋物面鏡通過對波前的變換使得光束向著同一個方向會聚，也可以徑向偏振光的深度緊聚焦，但是其反射聚焦的方法存在一定缺點，入射場和聚焦場位于拋物面鏡的同側，難以實現有效的應用。2018年ji xu提出了一種焦距可控的負折射光柵平凹透鏡的設計方法，可以對徑向偏振光和旋向偏振光進行亞波長尺寸的緊聚焦。由于此種負折射平凹透鏡對偏振光的聚焦效果并不是十分理想，因此針對此種負折射光柵平凹透鏡的結構，提出了一種能夠增強聚焦效果的閃耀型負折射光柵透鏡。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種長聚焦閃耀型負折射光柵透鏡。

一種長聚焦閃耀型負折射光柵透鏡，所述透鏡包括負折射光柵和閃耀階梯，所述負折射光柵由高度相等、半徑從內到外逐漸遞增的同心環階梯組成，所述閃耀階梯由設在所述同心環階梯表面的環形錐組成；

當徑向偏振光從底部垂直入射到所述透鏡內部時，徑向偏振光在每一級同心環階梯的表面發生衍射，所述閃耀階梯可以改變階梯表面出射的徑向偏振光的衍射級次，使負一級衍射光聚焦到預定的焦點位置，增強能量的利用效率，從而使所述透鏡實現亞波長尺寸的聚焦。

優選的，所述同心環階梯的階梯頂點坐標r_n滿足；其中：n₀為空氣折射率，n_eff為等效負折射率，z_n為同心環階梯到底面的垂直高度nd，f為預定的焦點位置。

優選的，所述等效負折射率滿足n_eff＝n_g-λ/d，n_g為氮化鎵的折射率，其折射率為2.67，通過計算得出等效負折射率n_eff＝-1.067,其中：λ為聚焦的光波長562nm，d為同心環階梯單層高度150nm。