[發(fā)明專利]一種用于產(chǎn)生柱矢量光束的連續(xù)變焦透鏡及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011158827.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN112255711B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭國(guó)興;梁聰玲;陶金;余少華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢郵電科學(xué)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G02B3/00
• 分類號(hào): G02B3/00;G02B1/00;G02B26/02;G02B27/00;G06F30/10
• 代理公司: 武漢智權(quán)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 孟歡

1.一種用于產(chǎn)生柱矢量光束的連續(xù)變焦透鏡，其特征在于，其包括：

第一片超構(gòu)表面，其包括若干各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元，所有各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元具有不同尺寸參數(shù)、不同朝向角，且不同尺寸參數(shù)的各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元的傳輸相位不同；

第二片超構(gòu)表面，其包括若干各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元，所有各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元具有不同尺寸參數(shù)、相同朝向角，且不同尺寸參數(shù)的各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元的傳輸相位不同；同時(shí)，

所述第一片超構(gòu)表面和第二片超構(gòu)表面級(jí)聯(lián)且可沿光軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)，級(jí)聯(lián)后的所述第一片超構(gòu)表面和第二片超構(gòu)表面用于對(duì)垂直入射的線偏振光進(jìn)行偏振調(diào)制后輸出柱矢量光束，且所述第一片超構(gòu)表面和第二片超構(gòu)表面被配置為根據(jù)所述第一片超構(gòu)表面和第二片超構(gòu)表面的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置使得透過(guò)所述第一片超構(gòu)表面和第二片超構(gòu)表面的柱矢量光束聚焦在不同位置，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦。

2.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生柱矢量光束的連續(xù)變焦透鏡，其特征在于：

所述各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元的朝向角φ的計(jì)算公式為：

式中，n為柱矢量光束的偏振階數(shù)，θ₁為極坐標(biāo)系下該各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元的中心位置對(duì)應(yīng)的極角，表示對(duì)π的取模運(yùn)算。

3.如權(quán)利要求2所述的用于產(chǎn)生柱矢量光束的連續(xù)變焦透鏡，其特征在于：

所述第一片超構(gòu)表面和第二片超構(gòu)表面均包括若干橫截面為正方形結(jié)構(gòu)的工作面，各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元或各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元均對(duì)應(yīng)設(shè)置在一個(gè)工作面上；

所述柱矢量光束的偏振階數(shù)n滿足條件：

式中，C為工作面的邊長(zhǎng)，r_max為所述第一片超構(gòu)表面的最大半徑。

4.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生柱矢量光束的連續(xù)變焦透鏡，其特征在于：

所述各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元的傳輸相位的計(jì)算公式為：

式中，a為非負(fù)常數(shù)，r₁為極坐標(biāo)系下該各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元的中心位置對(duì)應(yīng)的極徑，θ₁為極坐標(biāo)系下該各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元的中心位置對(duì)應(yīng)的極角，p₁(r₁,θ₁)表示極坐標(biāo)為(r₁,θ₁)的各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元對(duì)應(yīng)的傳輸相位；

所述各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元的傳輸相位的計(jì)算公式為：

式中，a為非負(fù)常數(shù)，r₂為極坐標(biāo)系下該各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元的中心點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的極徑，θ₂為極坐標(biāo)系下該各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元的中心位置對(duì)應(yīng)的極角，p₂(r₂,θ₂)表示極坐標(biāo)為(r₂,θ₂)的各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元對(duì)應(yīng)的傳輸相位。

5.如權(quán)利要求1所述的用于產(chǎn)生柱矢量光束的連續(xù)變焦透鏡，其特征在于：

所述各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元功能等效為微納半波片。

6.如權(quán)利要求5所述的用于產(chǎn)生柱矢量光束的連續(xù)變焦透鏡，其特征在于：

所述各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元沿高度方向的橫截面為長(zhǎng)方形，不同尺寸參數(shù)的各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元的高度相同，且所述各向異性納米磚結(jié)構(gòu)單元的橫截面的長(zhǎng)邊和短邊的取值范圍均為70～280nm，所述各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元沿高度方向的橫截面為正方形，不同尺寸參數(shù)的各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元的高度相同，且所述各向同性納米磚結(jié)構(gòu)單元的邊長(zhǎng)的取值范圍為75～170nm。