[發明專利]一種用于可見光聚焦成像的超表面光學元件

在審

• 申請號: 202110482121.4
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113189685A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 駱天治;苗春光;顧天奇
• 申請（專利權）人: 泰州駱華生物科技有限公司
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 廣州集睿知識產權代理事務所(普通合伙) 44776
• 代理人: 王英

本發明公開了一種用于可見光聚焦成像的超表面光學元件，屬于超表面聚焦成像元件領域，本發明包括二氧化硅基底和碳化硅納米柱，納米柱在基底上進行正方形陣列排序，本發明通過調整納米柱的直徑從而調制入射光的相位。本發明具有可應用于大部分成像系統，具有體積小、重量輕、環境穩定、易于集成等優點，是替代傳統光學透鏡的理想選擇之一。

技術領域

本發明涉及超表面聚焦成像元件領域，具體涉及一種用于可見光聚焦成像的超表面光學元件。

背景技術

超表面是近些年來發展起來的一種新型二維光學材料，其基本單元由亞波長結構構成，具有超輕超薄的性質，理論上可以在亞波長尺度對光場進行相位、振幅等多種電磁調控，以此為基礎制成的超表面器件可以輕松實現傳統光學器件難以實現、甚至無法實現的特殊功能，因此超表面作為光學成像元件已經應用于內窺鏡、虛擬現實等領域，以其在分辨率及小型化等方面的優勢，深受市場用戶的歡迎。

而在取得巨大成功的同時，由于不少超分辨成像技術原理復雜，加工成本高昂，實現起來條件苛刻，使得系統成本居高不下，從而大大限制了其實用性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種集成度高、尺寸小的用于可見光聚焦成像的超表面光學元件。

本發明的技術方案是：一種用于可見光聚焦成像的超表面光學元件，元件包括二氧化硅基底和碳化硅納米柱，所述納米柱在基底上進行正方形陣列排序，通過調整納米柱的直徑從而調制入射光的相位。

進一步的技術方案，基底的一側側面劃分成正方形單元網格，所述正方形單元網格內放置尺寸相同的碳化硅納米柱。

進一步的技術方案，正方形單元網格的網格周期為400nm。

進一步的技術方案，碳化硅納米柱的結構尺寸：高度為H＝600nm，圓柱直徑為D＝80nm～270nm。

本發明的有益效果：

本發明基于等效介質理論和時域有限差分算法，針對介質材料設計穩定性和光轉換效率高的微納結構表面；利用電子束蒸發和深紫外光刻技術進行微納加工；選取合適的工藝參數，制備尺寸精度高和光斑小的超表面功能元件。

附圖說明

圖1為本發明的光線通過超表面光學器件的聚焦示意圖和器件表面單元結構示意圖；

圖2為碳化硅納米圓柱的空間分布俯視圖；

圖3為超表面聚焦成像元件三維側視圖；

圖4為該光學原件的直徑與相位延遲的對應關系；

圖5為時域有限差分法FDTD軟件模擬獲得的超表面透鏡結構焦平面內的光斑圖；

圖6為時域有限差分法FDTD軟件模擬獲得的XOZ平面內的場強圖。

具體實施方式

下面通過非限制性實施例，進一步闡述本發明，理解本發明。

本發明中提供了一種集成度高、尺寸小的用于可見光聚焦成像的超表面光學元件，基本單元的基底和納米柱如圖1-3所示，由于碳化硅在可見光范圍內具有較高的折射率和透光率，且熱膨脹系數接近于零，在環境溫度急劇變化的情況下也能保持良好的結構穩定性；二氧化硅作為常用的襯底材料，加工成本低，且能保證良好的面形精度和粗糙度，因此本發明中選取二氧化硅為基底，碳化硅為納米柱材料。

在基底上將納米柱進行正方形陣列排序，可以通過調整納米結構圓柱體的直徑從而調制入射光的相位，實現設計所需的不同光學性能。