一种基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法，其步骤包括：S1、设置超透镜的仿真方式及仿真条件，S2、设置超透镜的仿真方式及仿真条件，S3、计算各纳米柱的理想相位，S4、基于菲涅尔波带空间复用法对超透镜进行单波长透镜纳米柱填充，S5、利用二维粒子群算法求取参数C的最优解；该方法利用双波长菲涅尔波带空间复用的方法，不仅实现了双波长的消色差，同时实现了整个波长范围的消色差，且设计的超透镜设计简单，带宽范围大，且基于利用传输相位设计而成具有偏振不敏感性，为其他超表面器件设计提供了参考。其他超表面器件设计提供了参考。其他超表面器件设计提供了参考。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法


[0001]本专利技术涉及超表面技术超透镜设计领域，特别涉及一种基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法。

技术介绍

[0002]超表面是由一系列亚波长单元组成的结构，具有强大的光场调控能力。通过精细设计单元结构的尺寸、旋转角度等，改变电磁波的相位、振幅、偏振；因此，超表面能够灵活调控波前同时将光学器件的大小控制在亚波长量级，在各个领域迅速发展，被广泛运用于透镜、全息、波片、涡旋光等多个领域。作为超表面重要的应用之一，超透镜打破了传统透镜的约束，通过各个光路连续的光程累加使光线聚焦在某一点；同时，超透镜将尺寸控制在亚波长量级，为光学系统的小型化、微型化、集成化提供了可能。然而，超透镜会受到色差的影响，即随着入射波长的增大，焦距变小；而色差的影响导致透镜无法将不同波长的光聚焦到同一平面上，进而出现成像模糊和颜色失真的现象，而纠正宽带区域的色差是实现全彩成像的基础。由于很难在单一超表面上同时构建不同波长的相位轮廓，因此设计能在一定带宽内产生单一焦距的消色差的透镜是很大的挑战。
[0003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法，其特征在于，步骤如下：S1、设置超透镜的结构参数和仿真方式、仿真条件；S2、设计在λ
起
到λ
止
范围内消色差超透镜的单元结构，将整个波段λ
起
～λ
止
以波段中心分为两个区域，即蓝区和红区，λ1和λ2分别为蓝区和红区中自选定的波长；通过仿真获得不同直径纳米柱分别在λ1和λ2两个入射波长下的相变曲线和透射率曲线，构建具有高透射率特点的纳米柱直径
‑
相位库；其中，超透镜的单元结构由具有立方体结构的二氧化硅基底和竖直固定在基底顶面中心处的具有圆柱体结构的氮化硅纳米柱构成，且纳米柱高度与单元结构周期满足：在指定直径范围内的纳米柱在设定入射波长范围内具有至少覆盖一个相位周期；S3、将超透镜中的若干个纳米柱进行平面离散，以计算各纳米柱的理想相位；其中，理想相位的计算公式为：式中，为理论相位；(x,y)为纳米柱中心的位置坐标；λ
i
为入射光的波长，i＝1或2；f为超透镜的焦距；C(λ
i
)为常数，其取值仅与入射波长有关；S4、基于菲涅尔双波长空间复用法对超透镜进行单波长透镜纳米柱填充；S5、利用二维粒子群算法，求取参数C(λ
i
)的最优解。2.根据权利要求1所述的基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法，其特征在于，在步骤S1中，超透镜的仿真方式采用有限时域差分法进行仿真。3.根据权利要求1所述的基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法，其特征在于，步骤S2的具体实施步骤如下：S201、设计超透镜的单元结构并确定纳米柱高度H、直径为D和单元结构周期P；S202、分别仿真得到在λ1和λ2两种入射波长下不同直径纳米柱对应的相位响应曲线和透射率响应曲线，以构建纳米柱直径
‑
相位库。4.根据权利要求1所述的基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法，其特征在于，步骤S4的具体实施步骤如下：S401、将超透镜在基底平面上自圆心沿径向方向划分为若干个区域，各区域以交替设置的方式定义为λ1对应的区域和λ2对应的区域；S402、对λ1区域内的各纳米柱，依次在相位库中选择出与理想相位偏差最小的所对应的D作为纳米柱的直径；对区域λ2内的各纳米柱，依次在相位库中选择出与理想相位偏差最小的所对应的D作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡姝玲，石瑞雪，蔡庆中，孙传奇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：