基于空间复用的多偏振态多功能超构透镜及其制作方法技术

一种基于空间复用的多偏振态多功能超构透镜及其制作方法，该多功能超构透镜包括基底层和置于基底层上的第一和第二类结构单元，其中，第一类结构单元为长度和宽度不同的矩形纳米柱，第二类结构单元为尺寸相同、转角不同的矩形纳米柱，其中，第一类结构单元和第二类结构单元在基底层上按空间复用原则交错排列，对应满足不同偏振态入射光的预设相位，分别使正交线偏振光和圆偏振光共焦面离轴和在轴聚焦，其中，第一类结构单元和第二类结构单元分别通过传输相位和几何相位实现对正交线偏振光和圆偏振光的调控。该多功能超构透镜可在单波长下实现三偏振态调控、共面变焦，克服现有多功能超构透镜只能被双偏振态调控且调控后焦平面发生变化的问题。面发生变化的问题。面发生变化的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于空间复用的多偏振态多功能超构透镜及其制作方法


[0001]本专利技术涉及人工电磁材料和微纳光子学领域，特别是涉及一种基于空间复用的多偏振态多功能超构透镜及其制作方法。

技术介绍

[0002]超构透镜(Metalens)是由亚波长结构单元组成的平面光学器件，具有优异的电磁特性，可以弥补传统透镜体积大、不易集成的缺陷。在现有设计中，各种偏振相关和偏振无关的超构透镜已被广泛研究，但由偏振控制的多功能超构透镜尚未被充分研究，因而实现偏振控制的多功能超构透镜的设计具有重要意义。
[0003]为实现偏振控制的多功能超构透镜的设计，国内外科研人员进行了很多相关探索。2017年，哈佛大学Capasso教授团队提出了超表面偏振态光学——任意正交偏振态的独立相位控制，为实现偏振控制的多功能超构透镜的的设计奠定了理论基础；2018年，南京大学徐挺教授团队设计了一种通过改变入射光的偏振态来调控焦距的全介质超构透镜；2020年，藤树云课题组提出了一种双焦点超构透镜，可通过改变入射光的偏振态产生不同偏振特性组合的焦点；2021年，清华大学杨原牧课题组设计了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间复用的多偏振态多功能超构透镜，其特征在于，包括基底层和置于所述基底层上的第一类结构单元和第二类结构单元，其中，所述第一类结构单元为长度和宽度不同的矩形纳米柱，所述第二类结构单元为尺寸相同、转角不同的矩形纳米柱，其中，所述第一类结构单元和第二类结构单元在所述基底层上按空间复用原则交错排列，对应满足不同偏振态入射光的预设相位，分别使正交线偏振光和圆偏振光共焦面离轴和在轴聚焦，其中，所述第一类结构单元和所述第二类结构单元分别通过传输相位和几何相位实现对正交线偏振光和圆偏振光的调控。2.如权利要求1所述的多偏振态多功能超构透镜，其特征在于，所述基底层为二氧化硅基底层，所述第一类结构单元和所述第二类结构单元为硅纳米结构单元。3.如权利要求1或2所述的多偏振态多功能超构透镜，其特征在于，所述第二类结构单元的单元周期为所述第一类结构单元周期的两倍。4.一种基于空间复用的多偏振态多功能超构透镜的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：1)分别构建适用于正交线偏振入射光和圆偏振入射光的第一类结构单元库和第二类结构单元库；其中，所述第一类结构单元为长度和宽度不同的矩形纳米柱，设定的结构参数为矩形的长和宽，以高透射率和[0,2π]全相位覆盖为评判标准，采用扫描优化的方式来确定合适的参数组合；其中，所述第二类结构单元为由尺寸相同、转角不同的矩形纳米柱，设定的结构参数为矩形的长和宽，以高透射率和高交叉偏振转换效率为评判标准，确定合适的参数组合；2)利用所述第一类结构单元构建适用于正交线偏振光入射的超表面层；3)利用所述第二类结构单元构建适用于圆偏振光入射的超表面层。5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，步骤1)中，结构单元的建模和分析采用基于麦克斯韦方程组的时域有限差分法，所有结构单元在三维坐标系xyz的x、y方向周期阵列在z方向保持相同的参数。6.如权利要求4至5任一项所述的制作方法，其特征在于，步骤1)中，在FDTD中构建相应模型并设定参数变化范围，分别扫描计算x和y偏振光入射下，不同尺寸参数的结构单元对应的透射率和相位值；根据扫描结果，以高透射率和[0,2π]全相位覆盖为评判标准，确定第一类结构单元最合适的参数组合，构建所述第一类结构单元库。7.如权利要求4至6任一项所述的制作方法，其特征在于，步骤2)中，对正交线偏振光，采用离轴对称的方式聚焦；根据预设离轴抛物线相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：周倩，倪凯，闫兵，陆海鸥，廖俊潺，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：