[發明專利]一種人工微結構構建方法及包含該人工微結構的光學系統

有效

• 申請號: 202010182208.5
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111221119B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 劉磊鑫;劉文瑋;王飛;趙承良;陳樹琪;蔡陽健
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06;B82Y20/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 張榮

本發明公開了一種人工微結構構建方法及包含該人工微結構的光學系統，該方法包括步驟：S10、根據待生成部分相干光的相干性確定其在對應人工微結構區域各元胞位置處的相位；S20、計算各元胞位置處所排布納米元胞的旋轉角度；S30、將具有不同的旋轉角度的納米元胞在對應的元胞位置處進行排布，構建用于實現光束相干性調控的人工微結構。通過將聚焦后的光束入射到構建的人工微結構表面，根據需求選取所述人工微結構的入射區域，即可獲得相應相干度大小的部分相干光束。

技術領域

本發明涉及相干光學技術領域，特別涉及一種人工微結構構建方法及包含該人工微結構的光學系統。

背景技術

相干光學作為現代光學的重要分支，吸引了國內外大量研究者的關注。相干性實際上表示漲落光場中兩個點的某些量之間的相關的結果，這種相關可以用楊氏雙縫干涉的條紋襯比度測定。相干性是光場的一個重要特性，對光場相干性調控的研究具有重要意義，研究發現光場相干性調控在自由空間光通訊、激光雷達、激光核聚變、特種光學成像、量子光學等眾多領域中具有重要的應用價值。過去對光場相干度大小的調控主要利用旋轉的毛玻璃產生部分相干光，通過調控毛玻璃與聚焦透鏡之間的距離來調控光場相干性。但是現有的方法多是基于厘米量級的系統，不利于集成化和微型化設計。并且現有的方法不能在未測量的情況下已知產生光束的相干度，能量利用率低，對其進一步的應用存在限制。

人工微結構是具有亞波長尺度結構單元的人造光學材料，人工微結構的提出為實現對光與物質相互作用的增強和有效控制提供了全新方式，為光學器件的小型化、輕質化和集成化提供了全新手段。目前，人工微結構已經能夠在亞波長尺度下實現對光場振幅、相位和偏振態的有效控制，具有很高的應用價值，例如實現偏振光學防偽、消色差透鏡、高飽和度結構色等等，而目前為止，人工微結構對于光場相干性這一維度的調控還少有涉及。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明目的之一在于提供一種能量利用率高，可以實現對光束精準調控的人工微結構。其采用如下技術方案：

一種人工微結構構建方法，其包括以下步驟：

S10、根據待生成部分相干光的相干性確定其在對應人工微結構區域各元胞位置處的相位；

S20、計算各元胞位置處所排布納米元胞的旋轉角度；

S30、將具有不同的旋轉角度的納米元胞在對應的元胞位置處進行排布，構建用于實現光束相干性調控的人工微結構。

作為本發明的進一步改進，所述步驟S10，具體包括：

根據部分相干光的產生條件可知，待生成部分相干光對應的隨機相位的范圍決定了其相干性的大小，其中，由特定相位分布的人工微結構產生的部分相干光的相干度為：

其中，μ(r₁,r₂)為所述待生成部分相干光的相干度，為所述待生成部分相干光所對應的人工微結構區域各元胞位置處的相位分布，“”代表時間平均。

作為本發明的進一步改進，所述步驟S10中人工微結構的相位分布公式為：

其中，為所述待生成部分相干光在其不同元胞位置處的相位，a為調節人工微結構不同區域產生的部分相干光的相干性的大小參數，rand為隨機函數，代表人工微結構各個元胞處對應的相位為固定區間內的隨機相位。

作為本發明的進一步改進，所述步驟S20，具體包括：

根據相位關系公式和所述待生成部分相干光在各元胞位置處的相位分別計算各元胞位置處所排布納米元胞的旋轉角度。

作為本發明的進一步改進，所述步驟S30中構建的人工微結構為納米元胞排列組成的陣列結構。