一种基于面向对象思想的超构透镜的快速建模设计方法技术

本发明专利技术提供了一种二维超构透镜快速建模设计方法，包括确定纳米单元的形状以及形状对应的几何参数，设定所需入射光λ的波段、纳米单元的周期P；对纳米单元的几何参数进行模拟扫描，以获得每个纳米单元的不同几何参数对入射光波段所产生的相位差和透过率，根据要求选取合适的纳米单元放入构造超构透镜的数据库中；将得到的纳米单元根据超构透镜构造公式排列到衬底上，完成超构透镜的设计；本发明专利技术使布置在衬底的每个纳米单元都能根据要求从数据库中取出，然后通过超构透镜构造公式排布在衬底上，从而完成超构透镜的设计。从而完成超构透镜的设计。从而完成超构透镜的设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于面向对象思想的超构透镜的快速建模设计方法


[0001]本专利技术涉及透镜设计领域，尤其涉及一种基于面向对象思想的超构透镜的快速建模设计方法。

技术介绍

[0002]传统透镜主要是通过波前积累完成对光学相位的控制，通常会使得镜片厚度过大，光学元件体积也相应极其臃肿，与现代光学仪器正朝着小型化、微型化、多功能集成、低成本化的方向发展趋势相违背，因此，获得一种新的成像原理和方法，对光学技术发展显得尤为重要。
[0003]近些年超构透镜的出现，为突破传统光学透镜的限制带来了希望，它是由人工合成材料设计，可以根据人们的需要，自由变化各项光学参数，利用相关的排列方式可以满足对相位的任意控制，超构透镜体积小，能够实现高分辨率成像，这对于传统透镜是颠覆性的改变。随着我们对超构透镜具有越来越细微功能的要求，我们需要对每一个单元结构进行透彻的了解。现有技术的软件，例如FDTD Solutions、comsol、CST Studio Suite等，在构造超构透镜时，选择单元结构，根据要求设置参数，这主要是一种面向过程思维。然而，面向过程式建模，每次仿真都要进行一次纳米单元参数扫描，且范围和精度的不同，会导致最终设计出来的超构透镜存在一定的误差，主要来源于数据集太少，相位不一定百分百符合。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种基于面向对象思想的超构透镜的快速建模设计方法，使布置在衬底的每个纳米单元都能根据要求从数据库中取出，然后通过超构透镜构造公式排布在衬底上，从而完成超构透镜的设计。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种二维超构透镜快速建模设计方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：确定纳米单元的形状以及形状对应的几何参数，设定所需入射光λ的波段、纳米单元的周期P；
[0008]步骤二：对纳米单元的几何参数进行模拟扫描，以获得每个纳米单元的不同几何参数对入射光波段所产生的相位差和透过率，根据要求选取合适的纳米单元放入构造超构透镜的数据库中；
[0009]步骤三：指定所设计的超构透镜的焦距和尺寸，构造公式公式选择中心聚焦公式，将步骤二中得到的纳米单元根据超构透镜构造公式排列到衬底上，完成超构透镜的设计。
[0010]优选的，所述纳米单元的形状为圆柱体或者长方体。
[0011]优选的，所述几何参数为圆柱体的半径R或者长方体的长L和宽W。
[0012]优选的，所述步骤二中利用数值模拟法对纳米单元的几何参数进行模拟扫描。
[0013]优选的，所述数据库为MySql或者Oracle。
[0014]优选的，超构透镜构造公式包括中心单焦点聚焦公式：
[0015][0016]其中，(x,y)为每一个纳米单位的坐标，φ(x,y)为纳米单元相对于超构透镜中心位置的相位差，λ为入射波长，f是超构透镜的焦距，x和y表示单元结构位置相对于中心点的坐标。
[0017]优选的，超构透镜构造公式包括偏心单焦点聚焦公式：
[0018][0019]其中(x1,y1)为偏心聚焦的坐标，f1为焦距，定义为焦点到透镜中心的距离，(x,y)为每一个纳米单位的坐标，φ(x,y)为纳米单元相对于透镜中心位置的相位差，λ为入射波长。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术首先对单元结构进行抽象化概括，可以让人快速知道该单元结构的基本属性；其次，对每一个单元结构进行实例化，并且标记，能够清晰知道每一个单元结构所能实现的作用；再者，通过把每一个单元结构数据进行存储，构造超构透镜时，直接调用，方便快速建立模型。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例的一种基于面向对象思想的超构透镜的快速建模设计方法的广义斯涅尔定律示意图。
[0023]图2为本专利技术实施例的超构透镜的快速建模流程图，其中(a)为纳米单元属性示意图，(b)为纳米单元正视图，(c)为超构透镜属性示意图，(d)为超构透镜仿真示意图。
[0024]图3为本专利技术实施例的圆柱形纳米单元的超构透镜快速建模及效果示意图，其中(a)为纳米单元属性示意图，(b)为纳米单元的相位示意图，(c)为超构透镜在x
‑
y和x
‑
z平面的聚焦示意图，(d)为焦点处x和y方向上的场强示意图。
[0025]图4为本专利技术实施例的正方体纳米单元的超构透镜快速建模及效果示意图，其中(a)为纳米单元属性示意图，(b)为纳米单元的相位示意图，(c)为超构透镜在x
‑
y和x
‑
z平面的聚焦示意图，(d)为焦点处x和y方向上的场强示意图。
[0026]图5为本专利技术实施例的三棱柱纳米单元的超构透镜快速建模及效果模示意图，其中(a)为纳米单元属性示意图，(b)为纳米单元的相位示意图，(c)为超构透镜在x
‑
y和x
‑
z平面的聚焦示意图，(d)为焦点处x和y方向上的场强示意图。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受于下面公开的具体实施的限制。
[0028]下面结合附图1至图5，详细描述本专利技术实施例的一种二维超构透镜快速建模设计方法。
[0029]根据本专利技术实施例的一种二维超构透镜快速建模设计方法，其原理如图1所示，设计单元结构时，依靠于广义斯涅尔定律(1)：
[0030][k0n
i
sin(θ
i
)dx+(φ+dφ)]‑
[k0n
t
sin(θ
t
)dx+φ]＝0
[0031]其中θ
i
表示折射角度，φ和φ+dφ分别表示两个路径与超表面界面交点处的突变相位，dx表示两个交点之间的距离(无穷小)，n
i
和n
t
分别表示入射区域和透射区域材料的折射率，k0表示入射光在真空中的波矢(k0＝λ0/2)。
[0032]根据本专利技术实施例的一种二维超构透镜快速建模设计方法，具体包括如下步骤：
[0033]步骤一：确定纳米单元的形状，可以是圆柱体、长方体或者其他形状，进一步确定所对应的几何参数，其中可以是圆柱体的半径R、长方体的长L和宽W，设定所需入射光λ的波段、纳米单元的周期P；
[0034]步骤二：利用数值模拟法对纳米单元的几何参数进行模拟扫描，以获得每个纳米单元不同几何参数对该入射光波段所产生的相位差和透过率，根据要求选取合适的纳米单元放入构造超构透镜的数据库中；
[0035]数据库是由面向对象语言构造的，可以为Java、C++或者其他语言，面向对象语言的特点为抽象出纳米单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维超构透镜快速建模设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：确定纳米单元的形状以及形状对应的几何参数，设定所需入射光λ的波段、纳米单元的周期P；步骤二：对纳米单元的几何参数进行模拟扫描，以获得每个纳米单元的不同几何参数对入射光波段所产生的相位差和透过率，根据要求选取合适的纳米单元放入构造超构透镜的数据库中；步骤三：将步骤二中得到的纳米单元根据超构透镜构造公式排列到衬底上，完成超构透镜的设计。2.根据权利要求1所述的二维超构透镜快速建模设计方法，其特征在于，所述纳米单元的形状为圆柱体或者长方体。3.根据权利要求2所述的二维超构透镜快速建模设计方法，其特征在于，所述几何参数为圆柱体的半径R或者长方体的长L和宽W。4.根据权利要求1所述的二维超构透镜快速建模设计方法，其特征在于，所述步骤二中利用数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈举，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：