一种具有双焦线的双曲几何相位透镜制造技术

本发明专利技术涉及一种具有双焦线的双曲几何相位透镜，利用微纳加工技术对双曲几何相位衍射透镜进行微结构构造，使其满足双曲函数的相位分布，通过几何相位展现双曲透镜的光学特性，从而将左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分别聚焦到两条相互垂直的线上，实现具有双焦线特性的平面双曲透镜。与现有技术相比，本发明专利技术能够将左旋和右旋圆偏振光分别聚焦到相互垂直的两个方向，通过对两个垂直方向设置不同的焦距参数，所制备的器件还可以实现将不同圆偏振态的光束聚焦到不同距离焦线的效果，且分别形成的两条焦线相互垂直；利用器件对不同圆偏振态响应不同的特性，且衍射图案呈现集中在中央区域的两条差别明显的垂直相交线上，可以解析判断出原入射光的偏振态。出原入射光的偏振态。出原入射光的偏振态。

【技术实现步骤摘要】
一种具有双焦线的双曲几何相位透镜


[0001]本专利技术涉及透镜
，尤其是涉及一种具有双焦线的双曲几何相位透镜。

技术介绍

[0002]传统胆甾相液晶受限于单手性的螺旋结构，只能调制单手性的圆偏振光，无法实现双手性圆偏振光的同时调制。
[0003]公开号为CN114690479A的专利技术公开了一种液晶几何相位器件及其制备方法、检测装置，该方案液晶几何相位器件包括相对设置的第一基板、第二基板以及位于第一基板和第二基板之间的双手性共存液晶层，双手性共存液晶层包括第一旋向胆甾相液晶和第二旋向胆甾相液晶共存的液晶层；第一基板朝向第二基板的一侧设置有第一取向层，第二基板朝向第一基板的一侧设置有第二取向层。本专利技术实施例的技术方案，通过第一旋向胆甾相液晶和第二旋向胆甾相液晶形成均一分布的双手性共存体系，可以突破传统胆甾相液晶的自选选择性几何相位调控，实现双手性圆偏振光的同时反射及几何相位调制。
[0004]该方案通过两个旋向的液晶层实现双手性圆偏振光的同时调制，但传统液晶几何相位透镜通常是圆对称的，可以将特定旋性的圆偏振光经过聚焦作用会聚成一个点，将另一种相反旋性的圆偏振光经过散焦作用扩成一个圆斑。对于相位一维变化的液晶几何相位柱状透镜，其只能将特定旋性的圆偏振光经过聚焦作用会聚成一条线，将另一种相反旋性的圆偏振光经过散焦作用扩成一个狭长的椭圆。
[0005]以上两种透镜对于其中一种圆偏振光具有聚焦作用，对于另一种圆偏振光则具有相反的散焦作用，目前还没有一种液晶几何相位透镜可以将左旋和右旋圆偏振光同时聚焦。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有聚焦特性的具有双焦线的双曲几何相位透镜。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种具有双焦线的双曲几何相位透镜，所述双曲几何相位透镜的相位分布满足：
[0009]Γ(x,y)＝π[x2/(f
x
λ)
‑
y2/(f
y
λ)]+Γ0[0010]式中，Γ(x,y)是与光传播方向垂直的xy平面内的相位分布函数，x轴与y轴是两个相互垂直的方向，f
x
和是f
y
分别为沿x轴和y轴方向聚焦时在光传播方向z轴上的焦距，λ为入射光波长，弧度π对应角度180
°
，Γ0为初始相位，是常数。
[0011]进一步地，所述双曲几何相位透镜包括光学各向异性作用层，该光学各向异性作用层为利用图案化平面取向的液晶层，或者利用微结构各向异性响应的几何相位金属或介质超表面层。
[0012]进一步地，所述光学各向异性作用层为利用图案化平面取向的液晶层，所述双曲几何相位透镜包括由下到上依次设置的第一基板、第一光取向层和液晶层；
[0013]所述第一光取向层位于所述第一基板的上表面，且与所述第一基板的上表面平行；
[0014]所述第一光取向层设有微结构，该微结构的取向方位角分布满足：
[0015]α(x,y)＝π[x2/(2f
x
λ)
‑
y2/(2f
y
λ)]+Γ0/2
[0016]式中，α(x,y)是与x轴所夹的取向方位角在xy平面内的分布函数，所述xy平面为第一基板的上表面，f
x
和f
y
为焦距参数，λ为入射光波长，弧度π对应角度180
°
，Γ0为初始相位，是常数；
[0017]所述液晶层平行设置于所述第一光取向层的上表面，所述液晶层为向列相液晶或手性液晶。
[0018]进一步地，所述双曲几何相位透镜还可以包括第二基板，该第二基板平行设置于所述液晶层的上方。
[0019]进一步地，所述双曲几何相位透镜还可以包括第二光取向层，该第二光取向层位于所述液晶层和第二基板之间，所述第二光取向层平行于所述第二基板的平面取向，所述第二光取向层上设有微结构，该微结构的取向方位角分布与第一光取向层一致。
[0020]进一步地，所述双曲几何相位透镜还包括沟槽取向层，该沟槽取向层位于所述液晶层和第二基板之间，所述沟槽取向层平行于所述第二基板的平面取向；
[0021]所述沟槽取向层为由摩擦或刻蚀方法产生的沟槽结构，所述沟槽取向层的沟槽延伸方向为所述液晶层的易取向方向。
[0022]进一步地，所述双曲几何相位透镜还包括垂直取向层，该垂直取向层位于所述液晶层和第二基板之间，
[0023]所述垂直取向层用于使液晶层的液晶分子垂直于所述第一基板平面排列。
[0024]进一步地，所述第一基板和/或第二基板为：玻璃基板或柔性薄膜基板。
[0025]进一步地，所述液晶层由具有双折射作用的液晶材料制成；或者由包含聚合物单体的具有双折射作用的液晶材料制成。
[0026]进一步地，所述光学各向异性作用层为利用微结构各向异性响应的几何相位金属或介质超表面层，所述双曲几何相位透镜包括第一基板，该第一基板上设有凸起的金属或者介质微结构，所述微结构具有光学各向异性，所述微结构诱导的几何相位分布满足Γ(x,y)＝π[x2/(f
x
λ)
‑
y2/(f
y
λ)]+Γ0。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0028]本专利技术利用微纳加工技术，制作结构紧凑、透光性好、高效轻便、参数灵活可调的几何相位器件。基于图案化光取向技术的液晶双曲几何相位透镜的器件稳定性佳，具有电控可调特性，具备可量产的潜在可能性。与普通柱状透镜相比，本专利技术具有对不同圆偏振光有差别性响应，且对于左旋圆偏振光或者右旋圆偏振光都具有聚焦特性，两个聚焦态呈现两条相互垂直的十字焦线，这是用抛物线形相位分布透镜无法实现的。
[0029]在入射光穿过该器件之前先通过一个旋转若干角度的四分之一波片或者施加电压逐渐递增的液晶波片，通过记录分析所形成的衍射光的演变，可以解析判断出原入射光的偏振态。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例中提供的一种液晶双曲几何相位透镜结构示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例中提供的一种超表面双曲几何相位透镜结构示意图；
[0032]图3为双曲几何相位透镜的几何相位分布示意图，颜色灰度对应几何相位的数值大小；
[0033]图4为焦距参数f
x
＝f
y
的双曲几何相位透镜在非焦距处的衍射图，左旋圆偏振光照射下的水平方向光线，右旋圆偏振光照射下的竖直方向光线，线偏振光照射下或者左、右圆偏振光同时照射下在垂直于光的传播方向非焦距处的截面上的十字光线，及其在该截面上的光强分布立体图；
[0034]图5为焦距参数f
x
＝f
y
的双曲几何相位透镜在焦距处的衍射图，左旋圆偏振光照射下的水平方向焦线，右旋圆偏振光照射下的竖直方向焦线，线偏振光照射下或者左、右圆偏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双焦线的双曲几何相位透镜，其特征在于，所述双曲几何相位透镜的相位分布满足：Γ(x,y)＝π[x2/(f
x
λ)
‑
y2/(f
y
λ)]+Γ0式中，Γ(x,y)是与光传播方向垂直的xy平面内的相位分布函数，x轴与y轴是两个相互垂直的方向，f
x
和是f
y
分别为沿x轴和y轴方向聚焦时在光传播方向z轴上的焦距，λ为入射光波长，弧度π对应角度180
°
，Γ0为初始相位，是常数。2.根据权利要求1所述的一种具有双焦线的双曲几何相位透镜，其特征在于，所述双曲几何相位透镜包括光学各向异性作用层，该光学各向异性作用层为利用图案化平面取向的液晶层，或者利用微结构各向异性响应的几何相位金属或介质超表面层。3.根据权利要求2所述的一种具有双焦线的双曲几何相位透镜，其特征在于，所述光学各向异性作用层为利用图案化平面取向的液晶层，所述双曲几何相位透镜包括由下到上依次设置的第一基板、第一光取向层和液晶层；所述第一光取向层位于所述第一基板的上表面，且与所述第一基板的上表面平行；所述第一光取向层设有微结构，该微结构的取向方位角分布满足：α(x,y)＝π[x2/(2f
x
λ)
‑
y2/(2f
y
λ)]+Γ0/2式中，α(x,y)是与x轴所夹的取向方位角在xy平面内的分布函数，所述xy平面为第一基板的上表面，f
x
和f
y
为焦距参数，λ为入射光波长，弧度π对应角度180
°
，Γ0为初始相位，是常数；所述液晶层平行设置于所述第一光取向层的上表面，所述液晶层为向列相液晶或手性液晶。4.根据权利要求3所述的一种具有双焦线的双曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：王骁乾，罗锻斌，郑致刚，沈冬，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：