[發明專利]一種波長偏振態復用紅外超透鏡及其構造方法

在審

• 申請號: 202110668415.6
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113376713A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 徐平;李雄超;楊拓;肖鈺斐;張旭琳
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;B82Y20/00;G02B19/00
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 朱陽波

本發明提供了一種波長偏振態復用紅外超透鏡及其構造方法，包括：基底層以及設置于所述基底層上的若干納米單元，各個所述納米單元在正交偏振態方向上的尺寸不同，不同尺寸的各個所述納米單元對應的目標出射光相位滿足預設的相位分布，以實現所述紅外超透鏡對不同波長和不同偏振態的紅外入射光的衍射共聚焦。本發明根據預設的相位分布選擇合適尺寸的納米單元組成紅外超透鏡，使構造出的紅外超透鏡可以對不同波長和不同偏振態的紅外入射光實現衍射共聚焦，在激光手術、工業切割、紅外成像等領域有重要的應用價值。

技術領域

本發明屬于光學技術領域，尤其涉及的是一種波長偏振態復用紅外超透鏡及其構造方法。

背景技術

超表面由二維排列的亞波長微元結構組成，在各種平面光學器件中，超表面由于能對光波的振幅、相位、偏振態、波長等特征分量進行調控，而被用于各種具有特定功能的器件。

現有超表面從功能實現方式上可劃分為波長復用型超表面和偏振態復用型超表面，但現有超表面通常集中在可見光波段，且是波長單獨復用或者偏振態單獨復用，現有還沒有紅外波段的波長偏振態同時復用的超表面。

因此，現有技術有待于進一步的改進。

發明內容

鑒于上述現有技術中的不足之處，本發明的目的在于提供一種波長偏振態復用紅外超透鏡及其構造方法，克服現有沒有紅外波段的波長偏振態同時復用的超表面的缺陷。

本發明所公開的第一實施例為一種波長偏振態復用紅外超透鏡，其中，包括：基底層以及設置于所述基底層上的若干納米單元，各個所述納米單元在正交偏振態方向上的尺寸不同，不同尺寸的各個所述納米單元對應的目標出射光相位滿足預設的相位分布，以實現所述紅外超透鏡對不同波長和不同偏振態的紅外入射光的衍射共聚焦。

所述的波長偏振態復用紅外超透鏡，其中，各個所述納米單元在正交偏振態方向上的尺寸由預先確定的相位分布關系圖和預先構建的評價函數確定，所述相位分布關系圖為各個所述納米單元在正交偏振態方向上的尺寸和各個所述納米單元對應的實際出射光相位的映射關系圖，所述評價函數為各個所述納米單元對應的目標出射光相位和各個所述納米單元對應的實際出射光相位的對應關系式。

所述的波長偏振態復用紅外超透鏡，其中，所述基底層包括若干基底單元，若干所述基底單元與若干所述納米單元一一對應，各個所述納米單元設置于各個所述納米單元對應的基底單元的中心位置。

所述的波長偏振態復用紅外超透鏡，其中，所述基底層的材料為硅、玻璃、二氟化鎂和二氟化鋇中的任意一種，若干所述納米單元的材料為硅、鍺或二氧化鈦中的任意一種。

所述的波長偏振態復用紅外超透鏡，其中，各個所述基底單元的橫截面形狀為正方形、長方形或六角形，各個所述基底單元的橫截面的各邊長度為0.5～1000μm；各個所述納米單元的橫截面形狀為矩形、橢圓形或圓形，所述矩形的長和寬為0.1～700μm，所述橢圓形的長軸和短軸長度為0.1～700μm，所述圓形的直徑為0.1～700μm。

所述的波長偏振態復用紅外超透鏡，其中，各個所述納米單元的橫截面尺寸與其對應的基底單元的橫截面尺寸的比值為0.2～0.7；各個所述納米單元在其對應的基底單元上的旋轉角為0～360度。

所述的波長偏振態復用紅外超透鏡，其中，所述相位分布公式為：

其中，x和y為納米單元在基底層平面的位置坐標，f為焦距，m＝1或2，λ₁為待衍射聚焦的第一偏振態的紅外光對應的第一目標波長，λ₂為待衍射聚焦的第二偏振態的紅外光對應的第二目標波長，為在第一偏振態和第一目標波長的紅外光照射下，各個所述納米單元對應的第一目標出射光相位，為在第二偏振態和第二目標波長的紅外光照射下，各個所述納米單元對應的第二目標出射光相位。

所述的波長偏振態復用紅外超透鏡，其中，所述評價函數為：