一种全介质光栅平锥镜制造技术

本实用新型专利技术公开了一种全介质光栅长焦深平锥镜。该平锥镜是由GaN介质负折射光栅构成的轴棱镜，入射面为平面，出射面为倒圆锥面；平锥镜是以高度固定为d⊥＝145nm、外径相同而内径由下而上等量递增d∥＝145nm的圆环光栅层叠构成，圆环内侧为竖直壁，圆环光栅层的顶角连线形成的倒圆锥面，内侧倒圆锥面呈柱对称。这样的锥面结构，使得出射光束在平锥镜中心轴处发生相长干涉，从而实现对线偏振光束的长焦深聚焦。本实用新型专利技术材料简单、结构易制备，在光捕获、光学显微、光学微操纵等领域有较好的应用前景。

An all dielectric grating flat cone mirror

The utility model discloses a full dielectric grating long focal depth conical mirror. The flat mirror is the cone axis prism by GaN medium negative refraction grating, the incident surface is a plane, the exit surface is inverted cone; cone mirror is fixed to the height of anomalous d = 145nm, the same as the outer diameter of laminated circular gratings and inner diameter of bottom-up equivalent increase of D / / = 145nm, the inner side of the circular ring vertical wall angle, line circular ring grating layer formation inverted cone, medial inverted cone column is symmetric. Cone of this structure, so that the beam in the flat cone mirror axis of constructive interference, thus realizing the linear polarized light beam focusing with long focal depth. The utility model has the advantages of simple structure, easy material preparation, and has a good application prospect in optical trapping, optical microscopy, optical micro manipulation etc..

【技术实现步骤摘要】
一种全介质光栅平锥镜
本技术属于人工微结构材料，特别涉及一种全介质光栅平锥镜。
技术介绍
长焦深焦场可以用于粒子加速、荧光成像、二次谐波产生和拉曼光谱研究等等，是近年来研究的热点，引起了科研工作者的广泛关注。传统的用于形成长焦深的透镜都存在一定的缺陷，如抛物面反射镜，由于所形成的焦点与入射光位于抛物面同侧，限制了焦场使用范围；再如表面等离子体激元透镜，其焦深受到近场聚焦的限制。
技术实现思路
本技术为了克服现有技术的缺陷，提供一种为由单一介质构成，能够对线偏振光束实现长焦深聚焦的透镜。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种全介质光栅平锥镜，所述的平锥镜是由GaN介质负折射光栅构成的轴棱镜，入射面为平面，出射面为倒圆锥面；所述平锥镜是以高度固定为d⊥＝145nm、外径相同而内径由下而上等量递增d∥＝145nm的圆环光栅层叠构成，圆环内侧为竖直壁，圆环光栅层的顶角连线形成的倒圆锥面，内侧倒圆锥面呈柱对称结构的环形阶梯状，顶角连线与垂直面之间的夹角为θ＝45°，光栅周期数为25。进一步的，GaN介质的折射率n＝2.67。进一步的，平锥镜光栅结构的等效负折射率由neff＝n–λ/d⊥得到，工作波长λ＝532nm时，光栅竖直高度d⊥＝145nm，等效负折射率neff＝-1。进一步的，平锥镜在工作波长为532nm的线偏光、柱矢量光束照明均能实现长焦深聚焦。本技术提出一种由单一介质构成的光栅棱镜来实现对光束的紧聚焦，并且把它做成平锥镜。这种透镜主要利用费马原理，入射光在出射界面发生90°的偏折，不仅可以用于径向偏振光以形成光针形焦场，还可以用来聚焦旋向偏振光以形成光管形的焦场，而且形成的聚焦场能够达到半高宽的理论极限值。通过合理设计棱镜出射表面的光栅结构可以实现对焦场的灵活调控。本技术的有益效果是：本技术的一种全介质光栅平锥镜，结构简单、制备容易，且能够实现对入射线偏振光束的长焦深聚焦。附图说明图1是全介质光栅平锥镜实现长焦深的表面结构示意图。图2是光栅平锥镜在平面波入射情况下实现长焦深聚焦立体图。图3是光栅周期为25的情况下，平面波入射形成光针型焦场r-z面的截面图。具体实施方式下面结合附图对本技术的实施例做详细说明，本实施例在以本技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示为全介质光栅平锥镜结构示意图，入射面为平面，出射锥面形状为柱对称结构的环形阶梯状，每层阶梯高度固定为d⊥，内径逐层递增d∥，圆环内侧为竖直壁。如图2所示为光栅平锥镜在平面波入射情况下实现长焦深聚焦立体图。如图3所示，本实施例的介质光栅长焦深透镜，入射波为平面波，为了在λ＝532nm的波段内具有负折射率，选定材料为GaN折射率n＝2.67，设置参数d⊥＝145nm，此时根据等效负折射率的公式计算得出neff＝-1。在本实施例中设置光栅宽度d∥＝145nm，入射角θ＝45°，沿纵向的结构单元为25层。图3给出了频率为λ＝532nm的径向偏振光平面波入射到该平锥镜，其r-z平面上的焦场分布图，在轴心处实现了长焦深聚焦。由此实施例可以看出，本技术提出的平锥镜结构简易，并实现了长焦深聚焦。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全介质光栅平锥镜，其特征在于：所述的平锥镜是由GaN介质负折射光栅构成的轴棱镜，入射面为平面，出射面为倒圆锥面；所述平锥镜是以高度固定为d⊥＝145nm、外径相同而内径由下而上等量递增d∥＝145nm的圆环光栅层叠构成，圆环内侧为竖直壁，圆环光栅层的顶角连线形成的倒圆锥面，内侧倒圆锥面呈柱对称结构的环形阶梯状，顶角连线与垂直面之间的夹角为θ＝45°，光栅周期数为25。

【技术特征摘要】
1.一种全介质光栅平锥镜，其特征在于：所述的平锥镜是由GaN介质负折射光栅构成的轴棱镜，入射面为平面，出射面为倒圆锥面；所述平锥镜是以高度固定为d⊥＝145nm、外径相同而内径由下而上等量递增d∥＝145nm的圆环光栅层叠构成，圆环内侧为竖直壁，圆环光栅层的顶角连线形成的倒圆锥面，内侧倒圆锥面呈柱对称结构的环形阶梯状，顶角连线与垂直面之间的夹角为θ＝45°，光栅周期数为25。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：许吉，袁沭娟，王胜明，陆云清，万洪丹，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32