一种金属圆孔型的平面超透镜制造技术

本发明专利技术提供了一种金属圆孔型的平面超透镜，包括超透镜，超透镜上有若干圆孔；所述超透镜是表面为正方形的金属板；所述圆孔排列方式为从内向外逐渐增加孔数，其中所述超透镜中心有一个圆孔，向外以若干圆孔组成环，所述环有若干个，所述环呈圆形；所述多个环组成的图形呈涟漪状。该金属圆孔型的平面超透镜有多个环的圆孔，透光系数高，传输相位不涉及偏振转化，器件效率高，并且该超透镜设计简单，结构简单，易于制造和产业化。易于制造和产业化。易于制造和产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种金属圆孔型的平面超透镜


[0001]本专利技术涉及超透镜领域，具体为一种金属圆孔型的平面超透镜。

技术介绍

[0002]太赫兹波是一种频率介于0.3～10THz电磁波。太赫兹作为近红外光谱中未被开发的光谱频段，一直是科学界的研究热点。太赫兹波介于红外波与毫米波之间，兼具光子学与电子学的特性。由于其超凡的性质，使得太赫兹的应用相当广泛。作为21世纪重大的新兴科学
之一，如今太赫兹技术已广泛应用于雷达、通信、成像等尖端领域。
[0003]作为复杂光学系统中最重要的部件，透镜在光路设计中起着重要作用。传统透镜通常由透明材料制成，通过变化透镜厚度改变相位的延时量，从而完成对透镜平面的相位调制。因此为实现特定功能，传统透镜不可避免地面临尺寸庞大，厚度高，加工工艺复杂等问题，限制其在现代光学系统中的应用。此外，基于太赫兹功能器件，由于材料反射和介质损耗等问题，一些高低频段的传统透镜已经不再适用。与传统透镜不同，超透镜克服了以上问题，在太赫兹波段高透射的基础上，实现了相位的精确调制。不同于超表面反射镜具有极高的工作效率，透射式超透镜依然存在效率低，工作频带窄，色差严重等问题。因此宽带高效率透镜是科学界重点对象。
[0004]现阶段透射式等离子体超表面器件存在着效率低、结构复杂、需要多层结构等问题。

技术实现思路

[0005]针对上述提出的现阶段透射式等离子体超表面器件存在着效率低、结构复杂、需要多层结构等问题，本专利技术提供了一种金属圆孔型的平面超透镜，用以解决上述提出的一个或是多个问题。
[0006]本专利技术专利提供如下技术方案：一种金属圆孔型的平面超透镜，包括超透镜，其特征在于所述超透镜上有若干圆孔；
[0007]所述超透镜是表面为正方形的金属板；
[0008]所述圆孔排列方式为从内向外逐渐增加孔数，其中所述超透镜中心有一个圆孔，向外以若干圆孔组成环，所述环有若干个，所述环呈圆形，所述环均以所述超透镜中心的圆孔作为圆心；
[0009]所述多个环组成的图形呈涟漪状；
[0010]优选的，所述超透镜厚度为0.3mm，所述圆孔直径为1.4mm；
[0011]优选的，所述超透镜中心有一个所述圆孔；
[0012]所述圆孔组成的环共有四个，其中第一环半径为17.578mm，所述圆孔数为20个；第二环半径为25.219mm，所述圆孔数为50个；第三环半径为31.321mm，所述圆孔数为80个；第四环半径为41.533mm，所述圆孔数为100个；所述每个环的圆孔均匀分布在对应环上；
[0013]优选的，所述超透镜的材质为铜；
[0014]优选的，所述超透镜工作于0.1THz的频点；
[0015]优选的，所述超透镜的焦距为47mm，
[0016]优选的，改变所述环的半径即可实现所述超透镜焦距的变化。
[0017]和现有技术相比，本专利技术有如下优点：
[0018]1.本专利技术设计了有多个环的圆孔，透光系数高，传输相位不涉及偏振转化，器件效率高。
[0019]2.本专利技术提供的超透镜设计简单，结构简单，易于制造和产业化。
附图说明
[0020]图1是超透镜样品加工实物图，
[0021]图2是超透镜效率图
[0022]图3是入射光频率为100GHz的平面波线偏振光下的焦斑ZOY切面图
[0023]图4是入射光频率为100GHz的平面波线偏振光下的焦斑ZOY平面测试图
[0024]图5是入射光频率为100GHz的平面波线偏振光下的焦斑ZOY平面仿真图
[0025]图6是入射光频率为100GHz的平面波线偏振光下的焦斑半高全宽图
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术专利实施例中的附图，对本专利技术专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是专利技术专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于专利技术专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术专利保护的范围。
[0027]请参阅附图1，本专利技术提供了一种金属圆孔型的平面超透镜，包括有若干圆孔的超透镜，整个超透镜为立方体型，厚度为0.3mm，材质为铜。
[0028]圆孔排列方式为从内向外逐渐增加孔数，其中所述超透镜中心有一个圆孔，向外以若干圆孔组成环，圆孔组成的环共有四个，其中第一环半径为17.578mm，圆孔数为20个；第二环半径为25.219mm，圆孔数为50个；第三环半径为31.321mm，圆孔数为80个；第四环半径为41.533mm，圆孔数为100个；每个环的圆孔均匀分布在对应环上，每个环都为圆形，每个环均以所述超透镜中心的圆孔作为圆心，多个环组成的图形呈涟漪状。圆孔直径为1.4mm。以上是超透镜的相关几何参数。
[0029]以下将结合附图2利用仿真实验来验证本专利技术的超透镜的优点，CST仿真中的边界条件设置为unit cell，仿真频率设置为50～120GHz，材料为铜。在CST软件计算的单元结构的透过系数的仿真结果，从仿真的结果可以看出在0.69THz频点处，透过系数极高。相比于常用的透镜，本专利技术提供的超透镜传输相位不涉及偏振转化，从而提高器件效率。
[0030]请参阅附图3，实验模拟超透镜对入射波的调控作用。采用CST对整个超透镜的聚焦情况进行数值分析，入射光为平面波线偏振光，参考频率设为100GHz。采用本专利技术超透镜的参数和仿真的近场分布，可见该透镜有较好的聚焦效果，在100GHz处的焦距为47mm。
[0031]请参阅图4
‑
6，对比了仿真和现有测试环境下的焦点近场电场分布与能量强度。在工作频点100GHz处的仿真电场与测试电场如图4和图5所示。焦点均显示较好的聚焦特性。焦平面XOY上焦斑的半高全宽(FWHM)测试值与仿真值如图6所示。归一化的能量强度曲线显
示，焦斑的理论计算(FWHM
S
＝3.22)与实际测试结果(FWHM
T
＝4.67)几乎一致。测试的电场分布与半高全宽相比于理论计算值略差，因为实验条件是对平面波状态的模拟，不能等价于理想条件，探测器的分辨率也略低。但这些条件缺陷对总体聚焦效果的影响不大，最终超表面透镜的模拟与测试结果拟合良好。图6中是焦斑半高全宽图(实线为测试结果、虚线为仿真结果)。
[0032]尽管已经示出和描述了本专利技术专利的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术专利的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术专利的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属圆孔型的平面超透镜，包括超透镜，其特征在于所述超透镜上有若干圆孔；所述超透镜是表面为正方形的金属板；所述圆孔排列方式为从内向外逐渐增加孔数，其中所述超透镜中心有一个圆孔，向外以若干圆孔组成环，所述环有若干个；所述环呈圆形，所述环均以所述超透镜中心的圆孔作为圆心；所述多个环组成的图形呈涟漪状。2.根据权利要求1所述的一种金属圆孔型的平面超透镜，其特征在于，所述超透镜厚度为0.3mm，所述圆孔直径为1.4mm。3.根据权利要求2所述的一种金属圆孔型的平面超透镜，其特征在于，所述超透镜中心有一个所述圆孔；所述圆孔组成的环共有四个，其中第一环半径为17.578mm，所述圆孔数为20...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨霞，陈彭，方波，井绪峰，田颖，康娟，王乐，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：