[發(fā)明專利]一種基于仿生蛾眼結(jié)構(gòu)的保偏寬譜聚焦中紅外超構(gòu)透鏡

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210165829.1
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114706151B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王炳霞;沈祥;周孔思
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波大學
• 主分類號: G02B3/08
• 分類號: G02B3/08
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 謝瀟

1.一種基于仿生蛾眼結(jié)構(gòu)的保偏寬譜聚焦中紅外超構(gòu)透鏡，其特征在于，包括基板和排布在所述的基板的同一表面的蛾眼型超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)，所述的基板能透過3.1～8.0μm波段的寬譜中紅外光，所述的蛾眼型超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)由以陣列形式間隔排布的多個仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元組成，每個所述的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元由硫系玻璃制成，每個所述的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)由頂部曲率半徑R、底部直徑D和高度H組成，R、D和H滿足關(guān)系式：

所述的蛾眼型超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)由同圓心的一個圓形超結(jié)構(gòu)陣列和多個圓環(huán)形超結(jié)構(gòu)陣列組成，所述的多個圓環(huán)形超結(jié)構(gòu)陣列依次排布在所述的圓形超結(jié)構(gòu)陣列的外圍，所述的圓形超結(jié)構(gòu)陣列和多個圓環(huán)形超結(jié)構(gòu)陣列分別由多個仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元組成，所述的圓形超結(jié)構(gòu)陣列中的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，每個所述的圓環(huán)形超結(jié)構(gòu)陣列包括呈同心圓排布的多圈仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元，不同圓環(huán)形超結(jié)構(gòu)陣列的圈數(shù)不同，同一圈上的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，沿同一圓環(huán)形超結(jié)構(gòu)陣列的徑向向外的不同圈上的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的底部直徑依次減小，從所述的圓形超結(jié)構(gòu)陣列的最外圈開始并沿該中紅外超構(gòu)透鏡的徑向向外，相鄰的兩圈中：外圈上的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量多于內(nèi)圈上的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量，且外圈上的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量與內(nèi)圈上的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量之比等于外圈所在的圓周的周長與內(nèi)圈所在的圓周的周長之比。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于仿生蛾眼結(jié)構(gòu)的保偏寬譜聚焦中紅外超構(gòu)透鏡，其特征在于，所述的圓環(huán)形超結(jié)構(gòu)陣列的數(shù)量至少為4個。

3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的一種基于仿生蛾眼結(jié)構(gòu)的保偏寬譜聚焦中紅外超構(gòu)透鏡，其特征在于，該保偏寬譜聚焦中紅外超構(gòu)透鏡的設(shè)計方法為：根據(jù)該保偏寬譜聚焦中紅外超構(gòu)透鏡的目標焦距，確定其表面不同空間位置處的相位，相位的取值范圍為0到2π，通過相位與仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)及排列周期P的一一對應關(guān)系確定的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的排布，即構(gòu)成所述的蛾眼型超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于仿生蛾眼結(jié)構(gòu)的保偏寬譜聚焦中紅外超構(gòu)透鏡，其特征在于，每個相位與仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)及排列周期P的一一對應關(guān)系采用有限元方法并利用COMSOL?Multiphysics軟件計算得到。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于仿生蛾眼結(jié)構(gòu)的保偏寬譜聚焦中紅外超構(gòu)透鏡，其特征在于，當仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的高度H和排列周期P確定時，通過改變仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的底部直徑D可對出射光產(chǎn)生0到2π范圍內(nèi)的全相位調(diào)控，對應的單個仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元的波導型相位的表達式為：

其中n_eff(D)為與單個仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)對應的有效折射率，λ為入射波長。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于仿生蛾眼結(jié)構(gòu)的保偏寬譜聚焦中紅外超構(gòu)透鏡，其特征在于，所述的基板由MgF₂基板制成，每個所述的仿生蛾眼型微納結(jié)構(gòu)單元由As₂Se₃硫系玻璃制成。