[發明專利]一種用于產生柱矢量光束的連續變焦透鏡及其設計方法

有效

• 申請號: 202011158827.7
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112255711B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 鄭國興;梁聰玲;陶金;余少華
• 申請（專利權）人: 武漢郵電科學研究院有限公司
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B1/00;G02B26/02;G02B27/00;G06F30/10
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 孟歡

1.一種用于產生柱矢量光束的連續變焦透鏡，其特征在于，其包括：

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

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

所述第一片超構表面和第二片超構表面級聯且可沿光軸相對旋轉，級聯后的所述第一片超構表面和第二片超構表面用于對垂直入射的線偏振光進行偏振調制后輸出柱矢量光束，且所述第一片超構表面和第二片超構表面被配置為根據所述第一片超構表面和第二片超構表面的相對旋轉位置使得透過所述第一片超構表面和第二片超構表面的柱矢量光束聚焦在不同位置，以實現連續變焦。

2.如權利要求1所述的用于產生柱矢量光束的連續變焦透鏡，其特征在于：

所述各向異性納米磚結構單元的朝向角φ的計算公式為：

式中，n為柱矢量光束的偏振階數，θ₁為極坐標系下該各向異性納米磚結構單元的中心位置對應的極角，表示對π的取模運算。

3.如權利要求2所述的用于產生柱矢量光束的連續變焦透鏡，其特征在于：

所述第一片超構表面和第二片超構表面均包括若干橫截面為正方形結構的工作面，各向異性納米磚結構單元或各向同性納米磚結構單元均對應設置在一個工作面上；

所述柱矢量光束的偏振階數n滿足條件：

式中，C為工作面的邊長，r_max為所述第一片超構表面的最大半徑。

4.如權利要求1所述的用于產生柱矢量光束的連續變焦透鏡，其特征在于：

所述各向異性納米磚結構單元的傳輸相位的計算公式為：

式中，a為非負常數，r₁為極坐標系下該各向異性納米磚結構單元的中心位置對應的極徑，θ₁為極坐標系下該各向異性納米磚結構單元的中心位置對應的極角，p₁(r₁,θ₁)表示極坐標為(r₁,θ₁)的各向異性納米磚結構單元對應的傳輸相位；

所述各向同性納米磚結構單元的傳輸相位的計算公式為：

式中，a為非負常數，r₂為極坐標系下該各向同性納米磚結構單元的中心點位置對應的極徑，θ₂為極坐標系下該各向同性納米磚結構單元的中心位置對應的極角，p₂(r₂,θ₂)表示極坐標為(r₂,θ₂)的各向同性納米磚結構單元對應的傳輸相位。

5.如權利要求1所述的用于產生柱矢量光束的連續變焦透鏡，其特征在于：

所述各向異性納米磚結構單元功能等效為微納半波片。

6.如權利要求5所述的用于產生柱矢量光束的連續變焦透鏡，其特征在于：

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