超透镜-光栅结构及其设计方法技术

本发明专利技术提供一种超透镜

【技术实现步骤摘要】
超透镜
‑
光栅结构及其设计方法


[0001]本专利技术涉及光学
，特别涉及一种超透镜
‑
光栅结构及其设计方法。

技术介绍

[0002]光谱仪是应用十分广泛的重要光谱测量仪器，可用于物质光谱分析等领域。光谱仪根据光学色散原理，可使复色光色散为波长互不相同的单色光，并对各单色光的光谱强度对应波长进行测量，根据测得的光谱数据和波形等信息可以进行光成分的分析、物质光学属性的测量和气体成分鉴定等。近年来，有高分辨率和/或宽带特性的超紧凑型光谱仪因其广泛的应用前景而广受关注。
[0003]超透镜作为一种新的平面光学仪器，其平面化的结构特点,使其具有制造简单和插入损耗低的优势，并且超透镜能够以紧凑的形式实现对反射和透射光场空间分布的控制。如图1所示，在传统的光谱仪中，光通过准直镜01照射在衍射光栅02上，衍射光栅02将光谱分散到不同的方向，最后聚焦透镜03将分散的光聚焦到探测器04上得到光谱分布。整个过程传输距离长，需要相对较长的传播距离来实现相位累积以充分分离不同的波长以获得高光谱分辨率，导致大多数光谱仪体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超透镜
‑
光栅结构，其特征在于，所述超透镜
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光栅结构将超透镜和一维光栅进行耦合，通过将所述超透镜和所述一维光栅分别加工在透明基底的前表面和后表面，得到具有分色和聚焦功能的超透镜
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光栅结构；所述超透镜
‑
光栅结构与光源、准直镜和探测器进行配合进而获取光谱分布，过程如下：所述光源发出光束入射至所述准直镜，经过所述准直镜的准直后变为平行光束垂直入射至所述超透镜
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光栅结构；所述平行光束经过所述超透镜
‑
光栅结构的分色和聚焦后在所述探测器上得到光谱分布。2.根据权利要求1所述的超透镜
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光栅结构，其特征在于，所述超透镜为离轴超透镜，所述离轴超透镜是在轴对称型超透镜上偏离中心进行截取，使不同波长光束的轴线分开，相互分离地聚焦在偏离原光轴上不同的点；所述离轴超透镜用于实现聚焦和分色功能；所述超透镜通过控制纳米单元的相位分布实现在指定位置聚焦；所述一维光栅通过对光束的振幅或相位进行调制实现分光功能。3.一种超透镜
‑
光栅结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分别建立一维光栅透过率函数和超透镜透射率函数；S2、将所述超透镜和所述一维光栅进行结合得到超透镜
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光栅结构，根据所述超透镜和一维光栅的透射率函数计算复振幅透射率函数；S3、将所述超透镜
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光栅结构置于z＝0平面上，并用平面光波进行照明后得到衍射光束，根据所述复振幅透射率函数计算在z>0的任意平面上所述衍射光束的复振幅；S4、根据所述衍射光束在z>0的任意平面上的复振幅得到光源工作波长为λ时的聚焦位置；S5、分别对所述超透镜纳米柱周期和所述一维光栅周期进行分配以实现对光束的分光和聚焦功能。4.根据权利要求3所述的超透镜
‑
光栅结构设计方法，其特征在于，在所述步骤S1中：所述一维光栅透过率函数为：h(x)＝exp(i2πAx)
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(1)其中，h(x)为所述一维光栅透过率分布，x为所述一维光栅位置坐标，A为所述一维光栅相位分布斜率。5.根据权利要求4所述的超透镜
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光栅结构设计方法，其特征在于，在所述步骤S1中：所述超透镜透射率函数的建立包括以下子步骤：S11、建立所述超透镜的相位分布函数：其中，Φ(x,y)为所述超透镜相位分布函数；(x,y)为所述超透镜所在平面的任意位置坐标；f为所述超透镜的焦距，f＝sqrt(x
f2
+y
f2
+z
f2
)；x
f
，y
f
，z
f
分别为所述超透镜在设计波长下的聚焦位置坐标；
λ为所述光源的工作波长；S12、根据所述超透镜的相位分布函数计算得到所述超透镜的透射率函数：其中，g(x,y)为所述超透镜的透射率函数；λ0为所述超透镜相位设计波长；S13、根据所述超透镜的色散和聚焦特性，得到(x
‑
x
f
)2+(y
‑
y
f

【专利技术属性】
技术研发人员：赵尚男，胡金高娃，王灵杰，张新，张斯特，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：