一种超表面的设计方法、光束整形器、装置及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种超表面的设计方法、光束整形器、装置及电子设备，该方法包括：确定入射类型和入射参数；确定出射类型和出射参数；基于入射参数与出射参数，确定衍射相位分布的初始值；根据入射类型与出射类型，对衍射相位分布进行迭代优化，得到优化后的衍射相位分布，根据优化后的衍射相位分布生成目标相位分布，并按目标相位分布生成超表面。通过本发明专利技术实施例提供的超表面的设计方法、光束整形器、装置及电子设备，不仅克服了单独使用光强重新分布原理求算衍射相位分布所导致的出射光束光强分布边缘太平滑的问题，还克服了利用随机生成的初始值进行仿真所导致的容易陷入局部最优等问题，得到整形效果好，结构轻薄，生产难度低的超表面。的超表面。的超表面。

【技术实现步骤摘要】
一种超表面的设计方法、光束整形器、装置及电子设备


[0001]本专利技术涉及光束整形
，具体而言，涉及一种超表面的设计方法、光束整形器、装置及电子设备。

技术介绍

[0002]传统的光束整形器可选用多片式组合的球面镜和/或非球面镜，但是，在实际加工中球面镜与非球面镜的制作难度较大，且这种传统透镜的组合需要较长的空间距离，造成该光束整形器的尺寸较大，占据较大的空间体积；因此，如何设计一种体积小、制作难度低且整形效果好的光束整形器显得尤为重要。

技术实现思路

[0003]为解决现有存在的技术问题，本专利技术实施例提供一种超表面的设计方法、光束整形器、装置及电子设备。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供了一种超表面的设计方法，包括：确定入射类型和入射参数；所述入射类型表示入射光束的类型，所述入射参数表示所述入射光束的参数，且所述入射参数包括：所述入射光束的波长和所述入射光束的光强分布；确定出射类型和出射参数；所述出射类型表示出射光束的类型，所述出射参数表示所述出射光束的参数，且所述出射参数包括：所述出射光束的光强分布；基于所述入射参数与所述出射参数，确定衍射相位分布的初始值；所述衍射相位分布表示将所述入射光束调整为所述出射光束的相位分布；根据所述入射类型与所述出射类型，对所述衍射相位分布进行迭代优化，得到优化后的衍射相位分布，根据所述优化后的衍射相位分布生成目标相位分布，并按所述目标相位分布生成超表面。
[0005]可选地，基于所述入射参数与所述出射参数，确定衍射相位分布的初始值，包括：确定二维相位分布；所述二维相位分布表示对射向第一方向以及第二方向构成的平面的入射光束进行调制的相位分布；所述第一方向表示所要设计的超表面中的方向；且所述第一方向与所述第二方向为相互垂直的两个方向；将所述二维相位分布作为所述衍射相位分布的初始值。
[0006]可选地，确定二维相位分布，包括：将所述入射光束的光强分布重新分布为所述出射光束的光强分布，得到一维相位分布；所述一维相位分布表示对射向第一方向的入射光束进行调制的相位分布；根据所述出射光束的光强分布类型和所述一维相位分布，确定所述二维相位分布。
[0007]可选地，入射光束为高斯光束；所述出射光束为平顶光束。
[0008]可选地，根据所述出射光束的光强分布类型和所述一维相位分布，确定所述二维相位分布，包括：在所述出射光束的光强分布类型为圆柱状的情况下，对所述一维相位分布进行旋转对称分布，得到所述二维相位分布；在所述出射光束的光强分布类型为长方体的情况下，确定对射向所述第二方向的入射光束进行调制的相位分布，将所述对射向所述第
二方向的入射光束进行调制的相位分布与所述一维相位分布进行叠加，得到所述二维相位分布。
[0009]可选地，一维相位分布满足：在所述出射光束的光强分布类型为圆柱状的情况下，所述二维相位分布满足：其中，表示所述一维相位分布；x表示所述第一方向上的位置；λ表示所述入射光束的波长；z表示所述出射光束至衍射平面的传播距离；u(t)表示所述出射光束的光强分布的位置u与所述入射光束在第一方向上的位置t的转换关系,t表示积分变量；表示所述二维相位分布；y表示所述第二方向上的位置。
[0010]可选地，在所述出射光束的光强分布类型为长方体的情况下，所述二维相位分布满足：
[0011]且
[0012]其中，表示所述二维相位分布；λ表示所述入射光束的波长；z表示所述出射光束至衍射平面的传播距离；t表示积分变量；表示在第一方向上的一维相位分布；x表示所述第一方向上的位置；u
x
(t)表示所述出射光束的光强分布在所述第一方向x上的位置u
x
与所述入射光束在第一方向x上的位置t的转换关系；表示在第二方向上的一维相位分布；y表示所述第二方向上的位置；u
y
(t)表示所述出射光束的光强分布在所述第二方向y上的位置u
y
与所述入射光束在第二方向y上的位置t的转换关系。
[0013]可选地，根据所述入射类型与所述出射类型，对所述衍射相位分布进行迭代优化，得到优化后的衍射相位分布，包括：根据所述入射类型确定所述入射光束的光源函数，根据所述出射类型确定所述出射光束的光源函数；将所述衍射相位分布的初始值代入相位恢复算法，并基于所述入射光束的光源函数与所述出射光束的光源函数进行优化，得到优化后的衍射相位分布。
[0014]可选地，根据所述优化后的衍射相位分布生成目标相位分布，包括：将所述优化后的衍射相位分布作为所述目标相位分布；或者，对所述优化后的衍射相位分布叠加附加相位分布，得到所述目标相位分布；所述附加相位分布表示对所述入射光束准直或聚焦的相位分布。
[0015]可选地，附加相位分布满足：其中，表示所设计的超表面的(x,y)位置处对应的附加相位分布；λ表示所述入射光束的波长；f表示所设计的超表面的焦距。
[0016]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种光束整形器，包括：由上述任意一种设计方法设计得到的超表面。
[0017]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种超表面的设计装置，包括：第一确定模块、第二确定模块、生成模块和优化模块；所述第一确定模块用于确定入射类型和入射参数；所述入射类型表示入射光束的类型，所述入射参数表示所述入射光束的参数，且所述入射参
数包括：所述入射光束的波长和所述入射光束的光强分布；所述第二确定模块用于确定出射类型和出射参数；所述出射类型表示出射光束的类型，所述出射参数表示所述出射光束的参数，且所述出射参数包括：所述出射光束的光强分布；所述生成模块用于基于所述入射参数与所述出射参数，确定衍射相位分布的初始值；所述衍射相位分布表示将所述入射光束调整为所述出射光束的相位分布；所述优化模块用于根据所述入射类型与所述出射类型，对所述衍射相位分布进行迭代优化，得到优化后的衍射相位分布，根据所述优化后的衍射相位分布生成目标相位分布，并按所述目标相位分布生成超表面。
[0018]第四方面，本专利技术实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述存储器中存储的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述第一方面所述的超表面的设计方法。
[0019]第五方面，本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的超表面的设计方法。
[0020]第六方面，本申请还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，当计算机程序被执行时，可以实现上述第一方面或者第一方面的任一种可能的设计方式所述的超表面的设计方法。
[0021]本专利技术实施例提供的超表面的设计方法、光束整形器、装置及电子设备，通过计算得到衍射相位分布的初始值，并对该衍射相位分布(由该初始值起)进行优化，得到优化后的衍射相位分布，根据优化后的衍射相位分布最终得到所要设计的超表面对应的目标相位分布。该方法没有直接将基于光强重新分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超表面的设计方法，其特征在于，包括：确定入射类型和入射参数；所述入射类型表示入射光束的类型，所述入射参数表示所述入射光束的参数，且所述入射参数包括：所述入射光束的波长和所述入射光束的光强分布；确定出射类型和出射参数；所述出射类型表示出射光束的类型，所述出射参数表示所述出射光束的参数，且所述出射参数包括：所述出射光束的光强分布；基于所述入射参数与所述出射参数，确定衍射相位分布的初始值；所述衍射相位分布表示将所述入射光束调整为所述出射光束的相位分布；根据所述入射类型与所述出射类型，对所述衍射相位分布进行迭代优化，得到优化后的衍射相位分布，根据所述优化后的衍射相位分布生成目标相位分布，并按所述目标相位分布生成超表面。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述基于所述入射参数与所述出射参数，确定衍射相位分布的初始值，包括：确定二维相位分布；所述二维相位分布表示对射向第一方向以及第二方向构成的平面的入射光束进行调制的相位分布；所述第一方向表示所要设计的超表面中的方向；且所述第一方向与所述第二方向为相互垂直的两个方向；将所述二维相位分布作为所述衍射相位分布的初始值。3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述确定二维相位分布，包括：将所述入射光束的光强分布重新分布为所述出射光束的光强分布，得到一维相位分布；所述一维相位分布表示对射向所述第一方向的入射光束进行调制的相位分布；根据所述出射光束的光强分布类型和所述一维相位分布，确定所述二维相位分布。4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述入射光束为高斯光束；所述出射光束为平顶光束。5.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述根据所述出射光束的光强分布类型和所述一维相位分布，确定所述二维相位分布，包括：在所述出射光束的光强分布类型为圆柱状的情况下，对所述一维相位分布进行旋转对称分布，得到所述二维相位分布；在所述出射光束的光强分布类型为长方体的情况下，确定对射向所述第二方向的入射光束进行调制的相位分布，将所述对射向所述第二方向的入射光束进行调制的相位分布与所述一维相位分布进行叠加，得到所述二维相位分布。6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述一维相位分布满足：在所述出射光束的光强分布类型为圆柱状的情况下，所述二维相位分布满足：其中，表示所述一维相位分布；x表示所述第一方向上的位置；λ表示所述入射光束的波长；z表示所述出射光束至衍射平面的传播距离；u(t)表示所述出射光束的光强分布的位置u与所述入射光束在第一方向上的位置t的转换关系,t表示积分变量；表示
所述二维相位分布；y表示所述第二方向上的位置。7.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，在所述出射光束的光强分布类型为长方体的情况下，所述二维相位分布满足：且其中，表示所述二维相位分布；λ表示所述入射光束的波长；z表示所述出射光束至衍射平面的传播距离；t表示积分变量；表示在第一方向上的一维相位分布；x表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建发，郝成龙，谭凤泽，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：