基于介质结构的偏振无关超表面设计方法及超表面透镜.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115755384A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211697464.3G06N3/126(2006.01)(22)申请日2022.12.28(71)申请人中国科学院长春光学精密机械与物理研究所地址130033吉林省长春市经济技术开发区东南湖大路3888号(72)发明人吴一辉赵天宇邢燚王越武杰周文超(74)专利代理机构长春中科长光知识产权代理事务所(普通合伙)22218专利代理师高一明(51)Int.Cl.G02B27/00(2006.01)G02B3/00(2006.01)G06F17/15(2023.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称基于介质结构的偏振无关超表面设计方法及超表面透镜(57)摘要本发明涉及微纳光学及光学芯片集成领域，具体涉及一种基于介质结构的偏振无关超表面设计方法以及包含该超表面结构的超表面透镜；超表面设计方法包括步骤：S1、构建对应多个波长且能够覆盖0～2π传输相位的单元结构数据库，获得传输相位数据；S2、通过全息图的叠加原理，计算超表面结构的理想相位分布计算超表面结构的理想相位分布；S3、将步骤S2中得到的理想相位分布与步骤S1中得到的传输相位数据进行匹配，将相位之间的差异作为目标评价函数进行优化，用最终得到的结构参数排成超表面结构；本发明超表面结构可以在同一视场实现阵列多波长复用，相比多个超透镜拼接避免了对入射光分束以及多波长的色差影响等，具有极大的应用前景。CN115755384ACN115755384A权利要求书1/2页1.一种基于介质结构的偏振无关超表面设计方法，其特征在于，所述超表面设计方法包括步骤：S1、构建对应多个波长且能够覆盖0～2π传输相位的单元结构数据库，获得传输相位数据；S2、通过全息图的叠加原理，计算超表面结构的理想相位分布如下：Ф(x,y,λ)＝arg(E(x,y,λ))；Φ(x,y,λ)表示不同波长全息超表面的理想相位，x,y表示超透镜上所述单元结构的位置坐标，E表示干涉后的振幅分布，λ表示波长；S3、将步骤S2中得到的理想相位分布与步骤S1中得到的传输相位数据进行匹配，将相位之间的差异作为目标评价函数进行优化，用最终得到的结构参数排成超表面结构。2.如权利要求1所述的超表面设计方法，其特征在于，所述S2中，通过全息图的叠加原理叠加到一起的聚焦光束阵列复振幅分布的公式为：(xm,yn)表示各个焦斑相对于透镜中心的横纵坐标，f表示焦面相对于透镜的轴向距离，Amn表示相应焦斑的振幅分布，e表示指数。3.如权利要求1所述的超表面设计方法，其特征在于，所述S2中，通过全息图的叠加原理叠加到一起的聚焦涡旋光束阵列复振幅分布的公式为：(xm,yn)表示各个焦斑相对于透镜中心的横纵坐标，f表示焦面相对于透镜的轴向距离，Amn表示相应焦斑的振幅分布。4.如权利要求1所述的超表面设计方法，其特征在于，所述多个波长中每个波长之间的波长差值不小于100nm。5.如权利要求1所述的超表面设计方法，其特征在于，所述构建对应多个波长且能够覆盖0～2π传输相位的单元结构数据库包括通过任意方向的线偏振光扫描不同半径值的单元结构，获得所述单元结构的传输相位数据。6.如权利要求5所述的超表面设计方法，其特征在于，所述线偏振光扫描的波长范围为80nm～310nm。7.如权利要求5所述的超表面设计方法，其特征在于，所述单元结构包括上层结构和下层结构，所述上层结构为介质纳米柱，所述下层结构为介质衬底；所述介质纳米柱为圆柱结构；所述介质衬底为正方体结构。8.如权利要求1所述的超表面设计方法，其特征在于，所述将步骤S2中得到的理想相位分布与步骤S1中得到的传输相位数据进行匹配通过遗传算法实现。9.如权利要求8所述的超表面设计方法，其特征在于，所述目标评价函数的计算公式如下：表示从数据库中随机选取的实际相位，代表由步骤S2中公式计算得到的理想2CN115755384A权利要求书2/2页相位，则表示每个波长相位拟合差异的总和，β表示基于模拟结果对不同波长目标函数调节的权重因子；C(λ)表示一个只和波长有关的常量相位。10.一种超表面透镜，其特征在于，所述超表面透镜包括超表面结构，所述超表面结构通过权利要求1～9中任意一项所述的超表面设计方法设计得到。3CN115755384A说明书1/6页基于介质结构的偏振无关超表面设计方法及超表面透镜技术领域[0001]本发明涉及微纳光学及光学芯片集成领域，具体涉及一种基于介质结构的偏振无关超表面设计方法以及包含该超表面结构的超表面透镜。背景技术[0002]阵列光束由于具有快速、并行和同时处理的优点，在成像和光通信等领域均有着广泛的应用。对于通信领域，阵列的涡旋光束不仅可以提高信息