[發明專利]一種基于仿生蛾眼結構的保偏寬譜聚焦中紅外超構透鏡

有效

• 申請號: 202210165829.1
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114706151B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 王炳霞;沈祥;周孔思
• 申請（專利權）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

本發明公開的基于仿生蛾眼結構的保偏寬譜聚焦中紅外超構透鏡，包括基板和排布在基板的同一表面的蛾眼型超構透鏡結構，基板能透過3.1～8.0μm波段的寬譜中紅外光，蛾眼型超構透鏡結構由以陣列形式間隔排布的多個仿生蛾眼型微納結構單元組成，每個仿生蛾眼型微納結構單元由硫系玻璃制成，每個仿生蛾眼型微納結構單元的結構參數由頂部曲率半徑R、底部直徑D和高度H組成，R、D和H滿足關系式：該超構透鏡可以對任意偏振方向的中紅外寬譜入射光執行保偏出射和寬譜聚焦，在垂直入射和斜入射情況下，均能產生聚焦效應，并且在斜入射情況下相比現有其他超構透鏡具有更好的聚焦效果，為發展保偏、寬譜和角度不敏感微型光學器件和成像系統鋪平了道路。

技術領域

本發明涉及透鏡領域，具體涉及一種基于仿生蛾眼結構的保偏寬譜聚焦中紅外超構透鏡。

背景技術

透鏡是一種基礎光學元件，在成像、精密測量以及光通信等科學與工業領域中起著至關重要的作用。傳統光學透鏡經過切割、打磨表面、精拋光和鍍膜等系列復雜程序制作而成。一般而言，傳統透鏡具有體積大、成本高和重量大等不足。近年來超構透鏡作為新興技術，解決了傳統透鏡的上述不足。

超構透鏡是一種由平面化微納結構構成的微型光學成像器件，可以對入射光的偏振、振幅和相位進行靈活調控，為集成光學器件提供了一個有前途的平臺。與笨重的傳統光學透鏡相比，超構透鏡具有平面化、體積小、成本低、易于集成等優點。因此，超構透鏡具有降低現有相機、顯示器等光學器件尺寸和復雜度的潛力，在增強現實、虛擬現實、醫學等領域顯示出廣闊的應用前景。超構透鏡的工作機制主要基于三種相位調控方案，即貝里相位(Adv.Mater.27(7),1195-1200,2015)、共振相位(Science?340(6130),331-334,2013)和傳播相位(Science?352(6290),1190-1194,2016)。貝里相位又稱幾何相位，貝里相位方案非常簡單，并具有抗制造誤差的魯棒性，但是這種方案僅適用于圓偏振光并產生具有相反圓偏振的輸出光。共振相位方案具有相位和振幅聯合調控的能力，但是這種方案僅適用于線性偏振光并產生具有交叉偏振的輸出光。貝里相位方案和共振相位方案存在偏振敏感、透過率低和窄譜調控的問題。傳播相位方案中，相位調控依賴于光程差，這使得傳播相位方案具有寬譜調控的潛力，但是輸出光的偏振特性還沒有研究。由于材料的偏振敏感性，偏振對于許多光學應用至關重要，探索在任意偏振入射下的保偏(即，出射光的偏振方向與入射光偏振方向保持一致)聚焦具有重要意義。

中紅外(Mid-infrared,MIR)波段(3.1～8.0μm)覆蓋了大氣窗口的透明區域和大多數分子的特征指紋光譜。它在生物傳感、高精度熱成像、分子檢測等方面具有巨大的應用潛力。然而，對于構建中紅外寬譜超構透鏡的微結構的研究仍然比較少。現有研究表明，工作在傳播相位模式下的圓柱型超構透鏡(Nano?Lett.16(11),7229,2016)和方型超構透鏡(Nano?Lett.17(3),1819,2017)對可見光具有較好的聚焦效果，但是這兩種結構用于中紅外聚焦還沒有報道。同時，探索除圓柱型超構透鏡和方型超構透鏡之外的中紅外超構透鏡也具有重要意義。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種基于仿生蛾眼結構的保偏寬譜聚焦中紅外超構透鏡，用以解決現有貝里相位型超構透鏡和共振相位型超構透鏡的偏振敏感、透過率低和窄譜聚焦的問題，中紅外寬譜入射光在透過本發明超構透鏡的表面時能夠形成聚焦，且本發明超構透鏡可以對任意偏振方向的中紅外寬譜入射光執行保偏出射和寬譜聚焦。此外，本發明中紅外超構透鏡在垂直入射和斜入射情況下，均能產生聚焦效應，并且在斜入射情況下相比圓柱型超構透鏡和方型超構透鏡具有更好的聚焦效果，為發展保偏、寬譜和角度不敏感微型光學器件和成像系統鋪平了道路。