太赫兹全硅离轴超透镜及其设计方法技术

本发明专利技术提供一种太赫兹全硅离轴超透镜及其设计方法，涉及光学技术领域，设计方法包括：步骤S1，计算竖直偏振太赫兹光束入射时，不同尺寸硅圆柱的透射振幅和相移；步骤S2，选出多个不同尺寸且高透射振幅的硅圆柱，选出的硅圆柱的相移能够覆盖

【技术实现步骤摘要】
太赫兹全硅离轴超透镜及其设计方法


[0001]本专利技术涉及光学
，具体地，涉及一种太赫兹全硅离轴超透镜及其设计方法。

技术介绍

[0002]超表面能够在亚波长尺度上灵活地对电磁波进行调控。相比于传统光学透镜，超透镜具有平面和超薄的优点，有利于光学系统向着紧凑和小型化的方向发展。由金属谐振器阵列和基底组成的单层等离子体超透镜效率较低，而由高折射率电介质谐振器阵列和电介质基底组成的全电介质超透镜能够提高效率。
[0003]太赫兹波在电磁波谱中位于微波和红外之间，由于较低的单光子能量和丰富的光谱信息等性质具有广阔的应用前景。高效的太赫兹全电介质超透镜对于太赫兹成像系统具有重要意义，其中太赫兹全电介质离轴超透镜可以灵活地实现在预定空间位置处的成像。然而，目前的太赫兹全电介质离轴超透镜的谐振器阵列和基底的材料不相同，增加了加工过程的复杂性。在太赫兹波段，高阻单晶浮区硅具有损耗低、介电常数足够高、稳定且便于刻蚀的特性，目前尚未有由高阻单晶浮区硅单种材料组成的太赫兹全硅离轴超透镜的报道。

技术实现思路

[0004]针对现有太赫兹离轴超透镜存在的加工复杂的问题，本专利技术提供一种太赫兹全硅离轴超透镜及其设计方法。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种太赫兹全硅离轴超透镜的设计方法，所述设计方法包括：
[0006]步骤S1：计算竖直偏振太赫兹光束入射时，不同尺寸硅圆柱的透射振幅和相移；
[0007]步骤S2：选出多个不同尺寸，且透射振幅不小于阈值的硅圆柱，选出的硅圆柱的相移能够覆盖预设范围值；
[0008]步骤S3：将选出的不同尺寸的硅圆柱，根据离轴超透镜对应的相位调制函数，排布在硅基底上；
[0009]步骤S4：在硅基底的另一侧设计减反射的硅圆柱阵列，其中的硅圆柱尺寸相同；由硅基底及其两侧的硅圆柱阵列组成太赫兹全硅离轴超透镜。
[0010]优选地，所述选出的硅圆柱的相移能够完全覆盖
‑
180
°
到180
°
。
[0011]优选地，所述步骤S2中不同尺寸的硅圆柱的种类为8种，按照尺寸从小到大排列的相邻硅圆柱间的相移差约为45
°
。
[0012]优选地，所述不同尺寸的硅圆柱阵列中相邻硅圆柱的间隔为半波长量级。
[0013]优选地，所述减反射层相同尺寸的硅圆柱阵列中相邻硅圆柱的间隔量级为波长的五分之一。
[0014]第二方面，本专利技术还提供了一种太赫兹全硅离轴超透镜，根据所述太赫兹全硅离
轴超透镜的设计方法设计得到，所述太赫兹全硅离轴超透镜包括：硅基底、排布在基底光出射一侧的不同尺寸的硅圆柱阵列，以及排布在基底光入射一侧的减反射层相同尺寸的硅圆柱阵列。
[0015]优选地，所述不同尺寸的硅圆柱阵列中相邻硅圆柱的间隔为半波长量级。
[0016]优选地，所述减反射层相同尺寸的硅圆柱阵列中相邻硅圆柱的间隔量级为波长的五分之一。
[0017]现有的太赫兹离轴超透镜的谐振器阵列材料与其基底的材料不相同，增加了加工过程的复杂性。相比之下，本专利技术实施例的由单种材料组成的太赫兹全硅离轴超透镜的设计方法，设计出的全硅超透镜更有利于加工，能够将入射的太赫兹光束在离轴方向上进行聚焦，填补了全硅离轴超透镜研究在太赫兹波段的空白。
附图说明
[0018]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0019]图1为单元结构的三维示意图；
[0020]图2为单元结构的俯视图；
[0021]图3为硅圆柱5在x
‑
y横截面上的磁场振幅分布；
[0022]图4为硅圆柱5在x
‑
z横截面上的磁场振幅分布；
[0023]图5为基本结构示意图；
[0024]图6为不同基本结构的透射振幅；
[0025]图7为部分同一尺寸的硅圆柱在基底上的排布示意图，比例尺：100μm；
[0026]图8为准直的太赫兹平面波传输经过全硅离轴超透镜的示意图；
[0027]图9为全硅离轴超透镜对应的连续相位调制函数；
[0028]图10为离散相位调制函数；
[0029]图11为基底上不同尺寸的硅圆柱的分布情况；
[0030]图12为部分不同尺寸的硅圆柱在基底上的排布示意图，比例尺：100μm；
[0031]图13为平面y＝0mm上的归一化的总电场强度分布；
[0032]图14为平面y＝0mm上的归一化的总电场强度分布沿着线z1＝7.73mm的结果；
[0033]图15为平面y＝0mm上的归一化的总电场强度分布沿着线x＝2.07mm的结果；
[0034]图16为s＝0mm(焦平面)上的归一化的总电场强度分布；
[0035]图17为s＝0mm(焦平面)上的归一化的总电场强度分布沿着u轴的结果；
[0036]图18为s＝0mm(焦平面)上的归一化的总电场强度分布沿着v轴的结果。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。
[0038]本专利技术提供了一种太赫兹全硅离轴超透镜的设计方法，该设计方法步骤具体如下：
[0039]步骤S1：计算竖直偏振太赫兹光束入射时，不同尺寸硅圆柱的透射振幅和相移。
[0040]步骤S2：选出多个不同尺寸，且透射振幅不小于阈值的硅圆柱，选出的硅圆柱的相移能够完全覆盖
‑
180
°
到180
°
。
[0041]不同尺寸的硅圆柱的种类有8种，按照尺寸从小到大排列的相邻硅圆柱间的相移差约为45
°
；不同尺寸的硅圆柱阵列中相邻硅圆柱的间隔为半波长量级。
[0042]步骤S3：将选出的不同尺寸的硅圆柱，根据离轴超透镜对应的相位调制函数，排布在硅基底上。
[0043]步骤S4：在硅基底的另一侧设计减反射的硅圆柱阵列，其中的硅圆柱尺寸相同，减反射层相同尺寸的硅圆柱阵列中相邻硅圆柱的间隔量级为波长的五分之一；由硅基底及其两侧的硅圆柱阵列组成太赫兹全硅离轴超透镜。
[0044]本专利技术还提供了一种太赫兹全硅离轴超透镜，根据太赫兹全硅离轴超透镜的设计方法设计得到，用于实现在离轴方向上将太赫兹入射光束进行聚焦，该太赫兹全硅离轴超透镜包括：硅基底、排布在基底光出射一侧的不同尺寸的硅圆柱阵列，以及排布在基底光入射一侧的减反射层相同尺寸的硅圆柱阵列。
[0045]不同尺寸的硅圆柱阵列中相邻硅圆柱的间隔为半波长量级。减反射层相同尺寸的硅圆柱阵列中相邻硅圆柱的间隔量级为波长的五分之一。
[0046]接下来，对本专利技术进行更为具体的说明。
[0047]本专利技术实施例设计出了由两种硅圆柱阵列和硅基底组成的超透镜，实现了将入射的太赫兹光束在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹全硅离轴超透镜的设计方法，其特征在于，所述太赫兹全硅离轴超透镜的设计方法包括：步骤S1：计算竖直偏振太赫兹光束入射时，不同尺寸硅圆柱的透射振幅和相移；步骤S2：选出多个不同尺寸，且透射振幅不小于阈值的硅圆柱，选出的硅圆柱的相移能够覆盖预设范围值；步骤S3：将选出的不同尺寸的硅圆柱，根据离轴超透镜对应的相位调制函数，排布在硅基底上；步骤S4：在硅基底的另一侧设计减反射的硅圆柱阵列，其中的硅圆柱尺寸相同；由硅基底及其两侧的硅圆柱阵列组成太赫兹全硅离轴超透镜。2.根据权利要求1所述的太赫兹全硅离轴超透镜的设计方法，其特征在于，所述步骤S2中选出的硅圆柱的相移能够完全覆盖
‑
180
°
到180
°
。3.根据权利要求1所述的太赫兹全硅离轴超透镜的设计方法，其特征在于，所述步骤S2中不同尺寸的硅圆柱的种类为8种，按照尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，马维一，崔慧源，汪泽文，
申请(专利权)人：上海微波技术研究所中国电子科技集团公司第五十研究所，
类型：发明
国别省市：