一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法技术

本发明专利技术揭示了一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法，该负折射光栅平凹镜是柱对称平凹型透镜，其入射面为圆平面，出射面为凹面，凹面的中心部位为一小圆平面，由内而外等高递增，形成一“小圆平面”+多个“圆柱面‑圆环面”的凹面，小圆平面的半径以及各个圆环面的大小通过以下方法确定：S1：确定负折射光栅平凹镜的光波波长λ0，选择合适的介质折射率n，调整圆柱面高度d⊥，使负折射光栅在工作波长处实现负折射；S2：以入射光垂直入射为前提，根据S1步骤中确定的工作波长λ0，材料折射率n和圆柱面高度d⊥，得到等效的负折射率neff。该方法可实现对预设焦距的灵活调控，实现入射光线和出射光线在法线同侧的聚焦效应，使电磁波的能量更加集中。

A design method of negative refraction grating concave mirror with controllable focal length

The invention discloses a design method of a negative refraction grating flat concave mirror with controllable focal length. The negative refraction grating flat concave mirror is a cylindrical symmetrical flat concave lens. The incident plane is a circular plane, the outgoing plane is a concave surface, and the central part of the concave surface is a small circular plane, increasing from the inside to the outside at the same height, forming a \small circular plane\ and a plurality of \cylindrical surfaces.\ The concave surface, the radius of the small circular plane and the size of each circular surface are determined by the following methods: S1: determining the wavelength of light of the flat concave mirror of the negative refraction grating, selecting the appropriate medium refractive index n, adjusting the height of the cylindrical surface d, so that the negative refraction grating can be achieved at the working wavelength; S2: using the incident light sag; On the premise of direct incidence, the equivalent negative refractive index Neff is obtained according to the working wavelength lambda 0, refractive index n and cylindrical height d_determined in the S1 step. This method can flexibly adjust and control the preset focal length, realize the focusing effect of incident light and outgoing light on the same side of the normal line, and make the energy of electromagnetic wave more concentrated.

【技术实现步骤摘要】
一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法
本专利技术涉及一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法，属于人工微结构材料和精细光场调控领域，可用于光场聚焦、粒子加速、光学微操控等

技术介绍
人工微结构是现在光学领域研究的热点，它可以实现宏观结构所不具有的一些效果，如粒子加速、单分子成像、小尺寸效应和量子隧道效应等，因而在通信、生物医学、光学成像和光刻等领域具有广阔的应用前景。传统的抛物面镜是通过对波前的相位变换使得光束向着同一个方向会聚，但是其反射聚焦的方法存在一定缺点，形成的焦点与入射光位于抛物面的同侧，入射光和反射光之间会有相互影响，这就限制了焦场的使用范围和聚焦效果，另外传统透镜只能在近轴条件下才能实现理想聚焦，并且对于光线的偏振态有一定的要求。一维光子晶体平凹镜可以实现亚波长聚焦，并对任意柱矢量光均有效，但对材料的选择和结构的制备上有一定困难。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法，该方法可以对径向偏振光和旋向偏振光进行亚波长尺度的紧聚焦，线偏光情况也同样适用。本专利技术的目的将通过以下技术方案得以实现：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法，其特征在于：所述负折射光栅平凹镜是柱对称平凹型透镜，其入射面为圆平面，出射面为凹面，所述凹面的中心部位为一小圆平面，并且，由内而外等高递增，形成一“小圆平面”+多个“圆柱面‑圆环面”的凹面，所述圆柱面的高度相同，小圆平面的半径以及各个圆环面的大小通过以下方法确定：S1：负折射光栅平凹镜的工作波长为λ0，介质折射率为n，圆柱面高度为d⊥，确定负折射光栅平凹镜的光波波长λ0，选择合适的介质折射率n，调整圆柱面高度d⊥，使负折射光栅在工作波长处实现负折射；S2：以入射光垂直入射为前提，根据S1步骤中确定的工作波长λ0，材料折射率n和圆柱面高度d⊥，得到等效...

【技术特征摘要】
1.一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法，其特征在于：所述负折射光栅平凹镜是柱对称平凹型透镜，其入射面为圆平面，出射面为凹面，所述凹面的中心部位为一小圆平面，并且，由内而外等高递增，形成一“小圆平面”+多个“圆柱面-圆环面”的凹面，所述圆柱面的高度相同，小圆平面的半径以及各个圆环面的大小通过以下方法确定：S1：负折射光栅平凹镜的工作波长为λ0，介质折射率为n，圆柱面高度为d⊥，确定负折射光栅平凹镜的光波波长λ0，选择合适的介质折射率n，调整圆柱面高度d⊥，使负折射光栅在工作波长处实现负折射；S2：以入射光垂直入射为前提，根据S1步骤中确定的工作波长λ0，材料折射率n和圆柱面高度d⊥，得到等效的负折射率neff；S3：预设焦距f，根据S2步骤中所获得的等效负折射率neff的大小，结合预设焦距f，通过设计光栅平凹镜每一个同心环阶梯顶点的位置rk，得到能够对特定波长的电磁波实现预设焦距聚焦的柱对称平凹型透镜。2.根据权利要求1所述的一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法，其特征在于：所述S1和S2步骤中的圆柱面高度d⊥为光栅的纵向阶梯高度。3.根据权利要求1所述的一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法，其特征在于：所述S1和S2步骤中负折射光栅平凹镜的等效负折射率由下式确定：neff＝n-λ0/d⊥参数neff的选择范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：许吉，刘山峰，刘希文，杨茜，刘扬眉，孙钰淇，刘宁，陆云清，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32