[發明專利]一種基于高折射率介質基底的微透鏡

有效

• 申請號: 202110960195.4
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113820763B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 李志遠;莫昊燃;紀子韜;鄭義棟
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 黃奕東

本發明公開了一種基于高折射率介質基底的微透鏡，包括透光的介質基底，所述介質基底具有入射面，以供入射光線射入，入射光線的波長λ∈[2.5μm?25μm]，所述介質基底具有出射面；以及平凹空氣腔，所述平凹空氣腔設置于所述介質基底內，所述平凹空氣腔一端為平面端，另一端為呈凹口的球面端，所述平凹空氣腔的平面端朝向所述入射面，所述平凹空氣腔的球面端的凹口朝向所述出射面，以使入射光線通過所述平凹空氣腔后聚焦成焦點，從而使焦點場強的半高全寬大小小于瑞利衍射極限公式所定義的半高全寬大小。本發明能夠在限定的入射波段中，得到比瑞利判據更小的艾里斑。

技術領域

本發明涉及微納光學及光學成像技術領域，特別涉及一種基于高折射率介質基底的微透鏡。

背景技術

透鏡的有限孔徑尺寸會對入射光線發生衍射，這導致透鏡無法把光線會聚成無限小的點，而只會在焦點上形成具有一定能量分布的艾里斑。一般來說，通過任何光學儀器成像的過程都可以認為是把物體上的無數微小的點轉換成艾里斑圖案，然后再把它們疊加起來，所以，所成的像無法精確地描述物體的所有細節。當兩個艾里斑的最小可分辨距離為一個圓斑中心與另一個圓斑邊緣重合的時候，該距離也叫做瑞利判據。透鏡的成像像點大小受限于瑞利判據，即0.61λ/NA，該公式表明，光束在進行聚焦時所得到的聚焦光斑尺寸在半波長以上。因此，這阻礙了在超分辨成像和光刻中進一步增強分辨本領。而傳統的增強分辨能力方案是縮小波長或增大透鏡尺寸。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決現有技術中的上述技術問題之一。為此，本發明實施例提供一種基于高折射率介質基底的微透鏡，能夠在限定的入射波段中，得到比瑞利判據更小的艾里斑。

根據本發明實施例的基于高折射率介質基底的微透鏡，包括透光的介質基底，所述介質基底具有入射面，以供入射光線射入，入射光線的波長λ∈[2.5μm-25μm]，所述介質基底具有出射面；以及平凹空氣腔，所述平凹空氣腔設置于所述介質基底內，所述平凹空氣腔一端為平面端，另一端為呈凹口的球面端，所述平凹空氣腔的平面端朝向所述入射面，所述平凹空氣腔的球面端的凹口朝向所述出射面，以使入射光線通過所述平凹空氣腔后聚焦成焦點，從而使焦點場強的半高全寬大小小于瑞利衍射極限公式所定義的半高全寬大小。

在可選或優選的實施例中，入射光線的波長λ∈[3μm-5μm]。

在可選或優選的實施例中，所述平凹空氣腔的球面端中心到介質基底的出射面的距離定義為L，所述L小于入射光線從所述平凹空氣腔的球面端入射的焦距f。

在可選或優選的實施例中，所述平凹空氣腔的球面端的曲率半徑R₁∈[27.5μm-200μm]。

在可選或優選的實施例中，所述介質基底的入射面鍍有增透膜。

在可選或優選的實施例中，所述介質基底的出射面連接有光電探測器。

在可選或優選的實施例中，所述介質基底為圓柱體，所述入射面和所述出射面分別位于圓柱體的兩個端面。

在可選或優選的實施例中，所述介質基底的材質為硅或鍺的其中一種。

在可選或優選的實施例中，所述介質基底的折射率大于2.0。

在可選或優選的實施例中，成像規律滿足如下的表達式為：

其中，R₁是所述平凹空氣腔球面端的曲率半徑；f是所述基于高折射率介質基底的微透鏡從所述平凹空氣腔處開始計算的焦距；n是所述介質基底的折射率；通過選取R₁值，以獲得目標焦距的基于高折射率介質基底的微透鏡。