超透镜的设计方法、超透镜及加工工艺技术

本申请实施例提供了一种超透镜的设计方法、超透镜及加工工艺，属于超表面的技术领域。该方法包括：在超透镜表面具有纳米结构的一侧沉积材料层，使材料层覆盖以下表面中的任一或两者：纳米结构的至少部分表面；超透镜的基底靠近纳米结构一侧的表面；其中，纳米结构、纳米结构一侧的基底和材料层构成纳米结构单元；纳米结构单元至少满足：米结构单元至少满足：为编号为i的纳米结构单元的相位；n

【技术实现步骤摘要】
超透镜的设计方法、超透镜及加工工艺


[0001]本申请涉及超表面的
，具体地，本申请涉及一种超透镜的设计方法、超透镜及加工工艺。

技术介绍

[0002]增透膜是一种沉积在光学镜片表面的薄膜，其原理是使反射光干涉相消，从而达到减反/增透的效果。薄膜可以是单层膜也可以是多层膜，取决于基底材料和工作波段。
[0003]相关技术中超透镜的增透膜是在超透镜设计及加工完成之后将所需增透带宽的膜系结构沉积在超透镜上。
[0004]然而相比传统镜片，超透镜的表面具有用来调制入射光相位的纳米结构，采用相关技术设计的膜系在镀膜时会沉积到纳米结构上，还会填充到纳米结构之间的空气间隙中，从而改变超透镜的入射光相位，影响超透镜的光学性能。因此，亟需一种超透镜的设计方法、超透镜及加工工艺。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术中的超透镜增透膜影响超透镜光学性能的问题，本申请实施例提供了一种超透镜的设计方法、超透镜及加工工艺。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种超透镜的设计方法，所述方法包括：
[0007]在超透镜表面具有纳米结构的一侧沉积材料层，使所述材料层覆盖以下表面中的任一或两者：
[0008]所述纳米结构的至少部分表面；以及，
[0009]超透镜的基底靠近所述纳米结构一侧的表面；
[0010]其中，所述纳米结构、所述纳米结构一侧的基底和所述材料层构成纳米结构单元；
[0011]所述纳米结构单元至少满足：
[0012][0013]其中，i为所述超透镜中纳米结构单元的编号；为编号为i的纳米结构单元的相位；n
eff
‑
i
为所述纳米结构单元的有效折射率；ω为入射光的角频率；n为所述材料层的折射率；h为所述纳米结构单元中材料层沿所述纳米结构的延伸方向的最下端到最上端的距离。
[0014]可选地，所述纳米结构单元还满足：
[0015][0016]其中，N为所述超透镜中纳米结构的总数；n
substrate
为所述基底的折射率。
[0017]可选地，所述材料层覆盖所述纳米结构的至少部分表面包括：
[0018]所述材料层覆盖所述纳米结构远离所述超透镜的基底的端面的全部；或者，
[0019]所述材料层覆盖所述纳米结构侧壁的全部。
[0020]可选地，所述方法还包括：在所述沉积材料层之前确定所述材料层的折射率以及
所述纳米结构单元中材料层沿所述纳米结构的延伸方向的最下端到最上端的距离。
[0021]可选地，所述材料层的折射率小于所述纳米结构的折射率。
[0022]可选地，所述材料层的折射率大于所述纳米结构的折射率。
[0023]可选地，所述确定所述材料层的折射率以及所述纳米结构单元中材料层沿所述纳米结构的延伸方向的最下端到最上端的距离包括：
[0024]S1，根据超透镜的相位分布选择纳米结构的初始参数；
[0025]S2，设定所述材料层的初始折射率，建立纳米结构单元的模型；
[0026]S3，设定所述纳米结构单元中材料层沿所述纳米结构的延伸方向的最下端到最上端的距离，使所述纳米结构单元的相位覆盖0到2π；
[0027]S4，根据所述超透镜的相位分布排列所述纳米结构，并计算所有纳米结构对应的超表面单元的有效折射率；所述超表面单元为所述纳米结构单元中不含基底的部分；
[0028]S5，基于所有超表面纳米结构单元的有效折射率计算所述超透镜的总有效折射率；
[0029]S6，计算所述超透镜的总有效折射率与所述基底的折射率的第一差值并计算所述超透镜透过率；
[0030]S7，判断第一差值是否小于目标值，且所述透过率是否大于目标透过率；
[0031]若是，则初始折射率和初始高度为沉积时材料层的折射率和高度；
[0032]若否，则重复步骤S2至步骤S7，使第一差值小于目标值，且所述透过率大于或等于目标透过率。
[0033]可选地，所述确定所述材料层的折射率还包括：
[0034]步骤S8，若重复步骤S2至步骤S7得到的第一差值不小于目标值，或透过率始终小于目标透过率，则重复步骤S1至步骤S7。
[0035]可选地，所述材料层覆盖纳米结构以及基底与空气相邻的所有表面。
[0036]可选地，所述材料层覆盖纳米结构远离基底的端面。
[0037]可选地，所述材料层覆盖基底与空气相邻的表面。
[0038]可选地，所述材料层覆盖纳米结构的侧壁以及基底与空气相邻的表面。
[0039]可选地，所述材料层覆盖纳米结构的全部表面。
[0040]第二方面，本申请实施例还提供了一种超透镜，采用上述任一实施例提供的方法设计，所述超透镜包括：
[0041]基底，被配置为能够透过工作波段的辐射；
[0042]纳米结构，位于所述基底的一侧，被配置为能够透过工作波段的辐射；
[0043]材料层，被配置为覆盖以下表面中的任一或两者：
[0044]所述纳米结构的至少部分表面；以及，
[0045]超透镜的基底靠近所述纳米结构一侧的表面；
[0046]其中，所述纳米结构、所述纳米结构一侧的基底和所述材料层构成纳米结构单元；
[0047]所述纳米结构单元至少满足：
[0048][0049]其中，i为所述超透镜中纳米结构单元的编号；为编号为i的纳米结构单元的相
位；n
eff
‑
i
为所述纳米结构单元的有效折射率；ω为入射光的角频率；n为所述材料层的折射率；h为所述纳米结构单元中材料层沿所述纳米结构的延伸方向的最下端到最上端的距离。
[0050]可选地，所述纳米结构单元还满足：
[0051][0052]其中，N为所述超透镜中纳米结构的总数；n
substrate
为所述基底的折射率。
[0053]可选地，所述纳米结构的高度为0.3λ
c
至2λ
c
；其中，λ
c
为工作波段的中心波长。
[0054]可选地，所述的高度大于或等于0.3λ
c
，并且小于或等于5λ
c
；其中，λ
c
为工作波段的中心波长。
[0055]可选地，所述纳米结构以可密堆积图形的样式阵列排布；其中，纳米结构被设置于可密堆积图形的中心和/或顶点位置。
[0056]可选地，所述纳米结构的深宽比小于或等于20。
[0057]可选地，所述材料层为单层结构。
[0058]可选地，所述材料层为多层结构。
[0059]第三方面，本申请实施例还提供了一种超透镜加工工艺，适用于采用上述任一实施例提供的方法设计的超透镜或如上述任一实施例提供的超透镜，所述工艺包括：
[0060]在基底生长纳米结构材料；
[0061]涂胶，在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超透镜的设计方法，其特征在于，所述方法包括：在超透镜表面具有纳米结构的一侧沉积材料层，使所述材料层覆盖以下表面中的任一或两者：所述纳米结构的至少部分表面；以及，超透镜的基底靠近所述纳米结构一侧的表面；其中，所述纳米结构、所述纳米结构一侧的基底和所述材料层构成纳米结构单元；所述纳米结构单元至少满足：其中，i为所述超透镜中纳米结构单元的编号；为编号为i的纳米结构单元的相位；n
eff
‑
i
为所述纳米结构单元的有效折射率；ω为入射光的角频率；n为所述材料层的折射率；h为纳米结构单元中材料层沿所述纳米结构的延伸方向的最下端到最上端的距离。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米结构单元还满足：其中，N为所述超透镜中纳米结构的总数；n
substrate
为所述基底的折射率。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料层覆盖所述纳米结构的至少部分表面包括：所述材料层覆盖所述纳米结构远离所述超透镜的基底的端面的全部；或者，所述材料层覆盖所述纳米结构侧壁的全部。4.如权利要求1
‑
3中任一所述的方法，其特征在于，所述材料层的折射率小于所述纳米结构的折射率。5.如权利要求1
‑
3中任一所述的方法，其特征在于，所述材料层的折射率大于所述纳米结构的折射率。6.如权利要求1
‑
3中任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述沉积材料层之前确定所述材料层的折射率以及所述纳米结构单元中材料层沿所述纳米结构的延伸方向的最下端到最上端的距离。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述材料层的折射率以及所述纳米结构单元中材料层沿所述纳米结构的延伸方向的最下端到最上端的距离包括：S1，根据超透镜的相位分布选择纳米结构的初始参数；S2，设定所述材料层的初始折射率，建立包含所述纳米结构的纳米结构单元的模型；S3，设定所述纳米结构单元中材料层沿所述纳米结构的延伸方向的最下端到最上端的初始距离，使所述纳米结构单元的相位覆盖0到2π；S4，根据所述超透镜的相位分布排列所述纳米结构，并计算所有纳米结构对应的超表面单元的有效折射率；所述超表面单元为所述纳米结构单元中不含基底的部分；S5，基于所有超表面单元的有效折射率计算所述超透镜的总有效折射率；S6，计算所述超透镜纳米结构的总有效折射率与所述基底的折射率的第一差值并计算所述超透镜透过率；S7，判断第一差值是否小于目标值，且所述透过率是否大于目标透过率；
若是，则初始折射率和初始高度为沉积时材料层的折射率和高度；若否，则重复步骤S2至步骤S7，使第一差值小于目标值，且所述透过率大于或等于目标透过率。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述材料层的折射率和高度还包括：步骤S8，若重复步骤S2至步骤S7得到的第一差值不小于目标值，或透过率始终小于目标透过率，则重复步骤S1至步骤S7。9.如权利要求1
‑
3中任一所述的方法，其特征在于，所述材料层覆盖纳米结构以及基底与空气相邻的所有表面。10.如权利要求1
‑
3中任一所述的方法，其特征在于，所述材料层覆盖纳米结构远离基底的端面。11.如权利要求1
‑
3中任一所述的方法，其特征在于，所述材料层覆盖基底与空气相邻的表面。12.如权利要求1
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3中任一所述的方法，其特征在于，所述材料层覆盖纳米结构的侧壁以及基底与空气相邻的表面。13.如权利要求1
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3中任一所述的方法，其特征在于，所述材料层覆盖纳米结构的全部表面。14.一种超透镜，其特征在于，采用如权利要求1
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13中任一所述的方法设计，所述超透镜包括：基底，被配置为能够透过工作波段的辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭凤泽，郝成龙，朱瑞，朱健，
申请(专利权)人：深圳迈塔兰斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：