[發(fā)明專利]基于超穎表面產(chǎn)生實空間與K空間艾里光束陣列的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110453828.2
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113193349B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃玲玲;雷石偉;王涌天;李曉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q21/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開的基于超穎表面產(chǎn)生實空間與K空間艾里光束陣列的方法，屬于微納光學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明采用仿真方法對納米天線進行模擬計算，通過調(diào)整納米柱陣列的尺寸與方位角分布，即實現(xiàn)對出射艾里光束的傳播距離、傳播軌跡進行精確有效調(diào)控，挑選得到滿足超穎表面組成需求的納米天線。確定納米柱單元幾何尺寸后，根據(jù)產(chǎn)生實空間與K空間艾里光束陣列的相位分布算法，得到覆蓋0到2π相位納米柱陣列的尺寸與方位角分布，即確定每個納米柱單元的尺寸與旋轉(zhuǎn)角度，編碼生成相應(yīng)介質(zhì)超穎表面結(jié)構(gòu)的加工文件。利用加工文件，采用微納加工工藝加工寬帶介質(zhì)超穎表面，當(dāng)入射不同的圓偏振光束，得到在實空間與K空間的艾里光束陣列，顯著提高器件并行工作效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種艾利光束陣列產(chǎn)生方法，尤其涉及基于雙圓偏通道獨立編碼的寬帶介質(zhì)超穎表面產(chǎn)生實空間與K空間艾里光束陣列的方法，屬于微納光學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

艾里光束作為無衍射光束的一種，在自由空間中傳輸具有無衍射，自加速，以及自恢復(fù)等十分吸引人的特征。與貝塞爾光束不同，艾里光束不依賴于平面波的簡單圓錐疊加，盡管它們都被定義為無散射光。自從Berry和Balazs在量子力學(xué)領(lǐng)域預(yù)言薛定諤方程會有一個滿足艾里函數(shù)的波包解以來，研究人員發(fā)現(xiàn)以指數(shù)“截止”為特征的艾里函數(shù)也是薛定諤方程的解，并首次對有限能量的艾里光束進行實驗驗證，到目前艾里光束已經(jīng)取得了許多成果，比如用于粒子操縱、時空波包、艾里激光器等等。為了擴大艾里光束的應(yīng)用前景，人們提出了多種方法來產(chǎn)生和控制光束。而其中一些方法，如機械調(diào)制，通常會使發(fā)電系統(tǒng)非常復(fù)雜。由于光調(diào)制器體積龐大，其它方法不適用于光學(xué)微操作。因此，一種簡單有效的艾里光束產(chǎn)生和控制方法仍然是一個具有挑戰(zhàn)性和迫切性的課題。

近年來，超表面技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，它由亞波長結(jié)構(gòu)組成，能夠靈活地控制入射光波的振幅、相位和偏振。超表面技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，而平面天線陣列能夠有效地降低光在通過人工設(shè)計材料過程中的損耗。此外，與傳統(tǒng)的體光學(xué)元件相比，超表面還具有設(shè)計的靈活性、相對較低的加工難度和制造成本，便于進一步最小化、集成化的超表面器件設(shè)計。由于其新穎的物理性質(zhì)，如在超短距離內(nèi)產(chǎn)生突變的相位不連續(xù)，超表面已被廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用，例如光學(xué)全息、結(jié)構(gòu)色和超快光脈沖整形。在微納加工以及光學(xué)探測領(lǐng)域，光焦點陣列的產(chǎn)生能夠很大程度縮短光學(xué)器件的掃描時間，用來為工作提高效率，同樣的，陣列艾里光束的產(chǎn)生器件能夠為各種工作用途提供一種更為高效的選擇。將超表面與艾里光束陣列產(chǎn)生結(jié)合起來，能夠為微納器件的集成化和小型化奠定基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開的基于超穎表面產(chǎn)生實空間與K空間艾里光束陣列的方法要解決的技術(shù)問題是：能夠?qū)崿F(xiàn)在不同手性圓偏光入射情況下分別在實空間與K空間產(chǎn)生艾里光束陣列，基于圓偏復(fù)用與達曼光柵相結(jié)合設(shè)計的超穎表面具有效率高、寬波段的優(yōu)點。本發(fā)明有利于在微型化、緊湊型的光學(xué)系統(tǒng)中實現(xiàn)產(chǎn)生艾利光束陣列。

本發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的基于超穎表面產(chǎn)生實空間與K空間艾里光束陣列的方法，用于產(chǎn)生艾里光束陣列的超穎表面由一組不同幾何尺寸、具有不同方位角的納米柱陣列構(gòu)成。設(shè)計納米柱單元幾何尺寸，使納米柱在所需波長光照射下具有半波片功能。采用仿真方法對納米天線進行模擬計算，通過調(diào)整納米柱陣列的尺寸與方位角分布即實現(xiàn)對出射艾里光束的傳播距離、傳播軌跡進行精確有效調(diào)控，通過仿真調(diào)控結(jié)果挑選得到滿足超穎表面組成需求的納米天線。在確定納米柱單元幾何尺寸之后，根據(jù)產(chǎn)生實空間與K空間艾里光束陣列的相位分布算法，得到覆蓋0到2π相位納米柱陣列的尺寸與方位角分布，即確定每個納米柱單元的尺寸與旋轉(zhuǎn)角度，從而編碼生成相應(yīng)介質(zhì)超穎表面結(jié)構(gòu)的加工文件。利用加工文件，采用微納加工工藝加工寬帶介質(zhì)超穎表面，當(dāng)入射不同的圓偏振光束，得到在實空間與K空間的艾里光束陣列，顯著提高器件的并行工作效率。

本發(fā)明公開的基于超穎表面產(chǎn)生實空間與K空間艾里光束陣列的方法，包括如下步驟：