【技术实现步骤摘要】
基于二维单元结构拼装的同心环超构透镜及其制备方法
[0001]本申请涉及微纳结构加工
，特别涉及一种基于二维单元结构拼装的同心环超构透镜及其制备方法。
技术介绍
[0002]现代光学成像系统具有向轻量化、集成化方向发展的明显趋势，其对光学元件体积、重量方面的限制愈发严格。光学超构透镜通过亚波长尺寸的纳米结构阵列调控光波的能量和相位分布，相较于传统光学元件，其在微小型成像系统等新体制成像技术中具有低成本、易集成、成像分辨率高等诸多方面的优势，能够极大限度地适应日趋广泛的轻量化应用需求。
[0003]现阶段的超构透镜按微纳结构的排布形式主要分为同心环型超构透镜和阵列式超构透镜。其中同心环型超构透镜由一系列宽度在波长或亚波长量级的同心环形微纳结构组成。由于此类透镜具有中心对称结构，设计仿真过程只需在包含透镜直径和光轴的二维截面内进行，通过对多环带结构的整体精细设计，此类超构透镜能够实现单色近衍射极限的光学成像。但由于该方案立足于透镜结构的全局设计，导致口径达千波长量级的透镜设计对计算平台具有较高的算力要求，同时消耗数...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于二维单元结构拼装的同心环超构透镜的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：构建所述二维单元结构的仿真区域；获取所述仿真区域中可加工结构；根据所述可加工结构构建包含完整光学信息的单元结构库；根据所述单元结构库获取二维结构截面；将所述二维结构截面绕光轴旋转，得到所述同心环超构透镜的整体三维结构。2.如权利要求1所述的基于二维单元结构拼装的同心环超构透镜的制备方法，其特征在于，在构建所述二维单元结构的仿真区域的步骤中，具体包括下述步骤：根据所述同心环超构透镜的工作波长λ、数值孔径NA、选用材料折射率n确定所述二维单元结构的宽度L、设计域宽度Ld、厚度H和结构化网格尺寸Lmesh，以构建所述二维单元结构的仿真区域；其中，对于NA≤0.5的超构透镜，L取值略小于λ，对于NA>0.5的超构透镜，L<λ/2NA；其中，网格尺寸满足Lmesh≤λ/8n；设计域宽度满足Ld＝L
‑
2Lmesh；结构厚度H为λ/(n
‑
1)。3.如权利要求2所述的基于二维单元结构拼装的同心环超构透镜的制备方法，其特征在于，在获取所述仿真区域中可加工结构的步骤中，具体包括下述步骤：使用01字符串表述所述仿真区域中所有单元结构，筛除最小结构不满足工工艺要求的二维单元结构，保留可加工结构，其中，1、0分别表示相应网格节点有介质材料及无介质材料；字符串长度为Ld/Lmesh，Ld/Lmesh不大于20。4.如权利要求3所述的基于二维单元结构拼装的同心环超构透镜的制备方法，其特征在于，在筛除最小结构不满足工工艺要求的二维单元结构的步骤中，具体包括下述步骤：穷举所述单元结构以进行可加工判定，假定加工工艺限制最小特征尺寸为网格尺寸的N倍，若所述单元结构字符串中包含了同值相连字符数量小于N的子串，则该单元结构被判定为不可加工结构并予以筛除。5.如权利要求4所述的基于二维单元结构拼装的同心环超构透镜的制备方法，其特征在于，在根据所述可加工结构构建包含完整光学信息的单元结构库的步骤中，具体包括下述步骤：构建基于有限元分析的散射场计算模型，针对二维波的TE，TM两种基本偏振模式，设置二者等强正入射作为背景场，根据亥姆霍兹方程求解可加工结构的总散射场，收集近场出射面的复振幅均值。6.如权利要求5所述的基于二维单元结构拼装的同心环超构透镜的制备方法，其特征在于，在根据所述可加工结构构建包含完整光学信息的单元结构库的步骤中，具体包括下述步骤：在所述仿真区域中，施加沿y正向的等强TE、TM波作为背景场，并依据亥姆霍兹方程求解单元结构散射后的总场；在所述仿真区域上方1～2个网格处设置虚拟近场接收面，并计算此面上TM、TE波对应的复振幅均值，分别记为Ex、Ez，用以表征相应单元结构的光学特性；根据所述光学特性构建包含完整光学信息的单元结构库。
7.如权利要求6所述的基于二维单元结构拼装的同心环超构透镜的制备方法，其特征在于，在根据所述单元结构库获取二维结构截面的步骤中，具体包括下述步骤：拼装透镜整体结构，若偏振模式权...
【专利技术属性】
技术研发人员：王承邈，邓永波，林雨，韩业明，
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：
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