[發明專利]一種基于超構表面的正交偏振光成像衍射光學器件

有效

• 申請號: 202010109317.4
• 申請日: 2020-02-22
• 公開（公告）號: CN111367088B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 楊原牧;趙峰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B27/00;G02B1/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種基于超構表面的正交偏振光成像衍射光學器件，用于對正交線偏振光施加傳輸相位，其特征在于，由襯底和以陣列形式布設于所述襯底表面的亞波長光學天線組成；亞波長光學天線陣列為二維陣列，分別以平行于亞波長光學天線陣列行和列的方向作為x軸和y軸；各光學天線沿xy平面的橫截面形狀均具有C₂對稱性，各光學天線的長度和寬度均分別為工作波長的1/20至1/2，各光學天線的高度均相等、均在亞波長范圍內，相鄰兩光學天線的中心距均相等、且不超過工作波長的一半；

所述二維陣列中各光學天線的分布按照以下步驟確定：

1)根據工作波長λ，利用時域有限差分或嚴格耦合波分析方法，計算單個光學天線在不同高度、中心距、長度和寬度的情況下，對正交X線偏振和Y線偏振入射光的相位和透過率的調制情況；令相鄰兩光學天線的中心距和各光學天線的高度均保持不變，篩選出滿足：透過率接近于1、正交線偏振入射光相位調制范圍為[0,2π]條件的所有光學天線的長度、寬度范圍，并存為數據庫；

2)利用N階線性相位均分0-360度相位，N取6～10，將N個X線偏振光與N個Y線偏正光相對應得到的N²個相位對應關系作為相位基；在設定誤差±360/N范圍內遍歷數據庫中各數據以查找滿足上述相位基要求的光學天線尺寸，然后利用光學天線實際相位與對應相位基中相位的最小方差確定各最優相位基及最優相位基對應的光學天線尺寸，以此構建相位基光學天線尺寸對應表；

3)根據所述正交偏振光成像衍射光學器件的工作波長λ、焦距f、直徑D和偏折角度θ要求，利用以下公式確定該正交偏振光成像衍射光學器件直徑范圍內任意(x,y)坐標處的光學天線的正交偏振光目標相位和

其中，-D/2≤x≤D/2,-D/2≤y≤D/2；

將和轉換為角度值后模除以360，用得到的值分別更新和然后按照±360/N誤差范圍將更新后的和轉換為N階相位基的值；

4)在步驟2)構建的相位基光學天線尺寸對應表中查找與步驟3)計算的各(x,y)坐標處光學天線的更新后正交線偏振光目標相位對應的最優相位基，并根據該最優相位基確定(x,y)坐標處的光學天線尺寸。

2.根據權利要求1所述的正交偏振光成像衍射光學器件，其特征在于，所述亞波長光學天線陣列中各光學天線均采用折射率2的介質制成，包括硅、氮化硅、二氧化鈦、磷化鎵、氮化鎵和砷化鎵。

3.根據權利要求1所述的正交偏振光成像衍射光學器件，其特征在于，所述襯底選擇透明基底。