本公开涉及波长调控技术领域，尤其涉及一种超表面的光束调控方法及装置，该方法包括：改变入射光的波长和/或改变超表面微结构的参数，不同波长的入射光通过不同超表面微结构形成不同的标准相位分布，入射光的波长与超表面微结构的参数形成对应关系，根据对应关系建立标准值数据库；通过优化算法对所需相位分布的加权误差进行优化，并确定不同波长入射光的实际相位分布；将实际相位分布与标准值数据库中的标准相位分布相匹配，确定所需的超表面微结构。本公开实现了宽波长光入射下的消色差光束聚焦、整形，并且利用该方法也可以实现不同波长入射下不同的光场调控效果，以及超表面透镜使用单层超表面微结构，降低结构的复杂性且可降低损耗。降低损耗。降低损耗。
【技术实现步骤摘要】
超表面的光束调控方法及装置
[0001]本公开涉及波长调控
，尤其涉及一种超表面的光束调控方法及装置。
技术介绍
[0002]超表面是一种由二维周期性亚波长结构阵列组成的人工材料，具有高度灵活的光响应能力，通过设计合适的亚波长结构，能对实现对入射光的相位，振幅，偏振态进行任意控制，同时由于超表面器件具有体积小、系统简单、易于集成等特点，因此，超表面在平面透镜、全息、光束产生、光束整形、偏振器件等领域具有巨大的应用潜力。
[0003]当前，超表面已展示出了对多个光场参量进行同时调控的能力，如振幅+相位、偏振+相位、以及振幅+相位+偏振等多维度操控。
[0004]但是，由于超表面是利用衍射效应对光束进行调控，因此会产生较大的色差，以及导致了光场调控效果的降低，进而限制了超表面器件在宽波段光入射下的应用。
技术实现思路
[0005]为解决现有技术中存在的至少以上技术问题，本公开提供了一种超表面的光束调控方法及装置。
[0006]本公开一方面提供一种超表面的光束调控方法，光学系统包括光源、超表面透镜和图像传感器，所述光源用于发射光束，所述超表面装置包括基底和设于所述基底上的超表面微结构，所述图像传感器用于接收经过所述超表面装置的光；所述方法包括以下步骤：S10：改变入射光的波长和/或改变超表面微结构的参数，不同波长的入射光通过不同超表面微结构形成不同的标准相位分布，入射光的波长与超表面微结构的参数形成对应关系，根据对应关系建立标准值数据库；S20：通过优化算法对所需相位分布的加权误差进行优化，并确定不同波长入射光的实际相位分布；S30：将所述实际相位分布与所述标准值数据库中的标准相位分布相匹配，确定所需的超表面微结构。
[0007]在一些实施例中，所述改变入射光的波长和/或改变超表面微结构的参数，不同波长的入射光通过不同超表面微结构形成不同的标准相位分布的方法包括：利用优化算法，得到通过不同超表面微结构形成不同的标准相位分布，所述优化算法包括拓扑优化和/或卷积神经网络。
[0008]在一些实施例中，所述超表面微结构的形状为纳米柱或纳米孔，所述改变超表面微结构的方法包括：改变所述超表面微结构的形状、尺寸和/或排布。
[0009]在一些实施例中，所述通过优化算法对所需相位分布的加权误差进行优化，并确定不同波长入射光的实际相位分布的方法包括：根据带宽内多个特定波长的相位分布，添加一个与入射波长相关的常数，其相位分布形式为：
其中，式中为超表面透镜的极坐标半径值，为超表面透镜的焦距，为第个入射波长；利用优化算法对进行优化，其中目标函数写作：其中，式中为波长入射下，半径处所需的相位，则为标准值数据库中实际可为该位置提供的相位分布。
[0010]在一些实施例中，所述通过优化算法对所需相位分布的加权误差进行优化，并确定不同波长入射光的实际相位分布的方法包括：根据需形成的光场，利用相位恢复算法得到超表面所需的相位分布，同时添加与入射波长相关的常数与加权系数；利用优化算法对及进行优化，其中目标函数写作：其中，式中为波长入射下，半径处所需的相位，则为标准值数据库中实际可为该位置提供的相位分布。
[0011]在一些实施例中，所述根据需形成的光场，利用相位恢复算法得到超表面所需的相位分布的方法包括：利用GS算法或杨顾算法得到超表面所需的相位分布。
[0012]在一些实施例中，利用优化算法对进行优化或利用优化算法对及进行优化的步骤中，所述优化算法包括：粒子群算法、遗传算法或模拟退火算法。
[0013]在一些实施例中，所述将所述实际相位分布与所述标准值数据库中的标准相位分布相匹配，确定所需的超表面微结构的方法包括：所述标准值数据库中的多个所述标准相位分布与所述实际相位分布进行对比，其中，确定与所述实际相位分布的相位差值绝对值最小的所述标准相位分布所对应的所述超表面微结构为所需的所述超表面微结构。
[0014]本公开另一方面提供一种超表面的光束调控装置，包括光源、超表面透镜和图像传感器，所述光源用于发射光束，所述超表面装置包括基底和设于所述基底上的超表面微结构，所述图像传感器用于接收经过所述超表面透镜的光；所述超表面微结构基于上述超表面的光束调控方法确定。
[0015]在一些实施例中，所述超表面透镜包括多个阵列布置的所述超表面微结构，所述超表面透镜的相位变化范围为0至2π。
[0016]本公开提供的一种超表面的光束调控方法及装置，构建出各个波长入射光对应的
实际相位分布，并且采用优化方法对超表面微结构进行设计，使其能在特定波长入射下，满足所需的相位分布。本公开技术方案，通过对微结构在不同波长下相位分布的合理设计，结合对目标相位分布的优化，实现了宽波长光入射下的消色差光束聚焦、整形，并且利用该方法也可以实现不同波长入射下不同的光场调控效果，以及超表面透镜使用单层超表面微结构，降低结构的复杂性且可降低损耗。
附图说明
[0017]通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
[0018]图1为本公开实施例提供的超表面的光束调控方法的流程框图；图2为本公开实施例中多波长消色差超表面透镜的结构示意图；图3为本公开实施例中超表面微结构的结构示意图；图4为本公开实施例中相位延迟与结构参数变化的示意图；图5为本公开实施例中不同波长入射下轴向光场强度分布示意图；图6为本公开实施例中多波长光场调控超表面透镜的结构示意图；图7为本公开实施例中不同波长光场所需的相位面示意图；图8为本公开实施例中不同波长入射光经过超表面透镜后光强分布示意图。
[0019]图中：1：光源；2：超表面透镜；21：基底；22：超表面微结构；3：图像传感器。
具体实施方式
[0020]为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域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，都属于本公开保护的范围。
[0021]本公开实施例中提供了一种超表面的光束调控装置，包括光源、超表面透镜和图像传感器，所述光源用于发射光束，超表面装置包括基底和设于基底上的超表面微结构，图像传感器用于接收经过超表面透镜的光；超表面微结构基于上述超表面的光束调控方法确定。其中，该超表面光束调控方法的具体内容参考后文描述。
[0022]本公开实施例中，超表面透镜位于光源下游，其中，超表面透镜包括基底和超表面微结构，超表面微结构的相位设计能够实现对不同波长入射光的调控功能。例如，基底包括多个阵列设置的超表面微结构阵列组成，可通过改变超表面微结构的种类、尺寸和排布来改变超表面透镜的相位分布，其相位变化范围在0
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超表面的光束调控方法，其特征在于，光学系统包括光源、超表面透镜和图像传感器，所述光源用于发射光束，所述超表面装置包括基底和设于所述基底上的超表面微结构，所述图像传感器用于接收经过所述超表面装置的光；所述方法包括以下步骤：S10：改变入射光的波长和/或改变超表面微结构的参数，不同波长的入射光通过不同超表面微结构形成不同的标准相位分布，入射光的波长与超表面微结构的参数形成对应关系，根据对应关系建立标准值数据库；S20：通过优化算法对所需相位分布的加权误差进行优化，并确定不同波长入射光的实际相位分布；S30：将所述实际相位分布与所述标准值数据库中的标准相位分布相匹配，确定所需的超表面微结构。2.根据权利要求1所述的超表面的光束调控方法，其特征在于，所述改变入射光的波长和/或改变超表面微结构的参数，不同波长的入射光通过不同超表面微结构形成不同的标准相位分布的方法包括：利用优化算法，得到通过不同超表面微结构形成不同的标准相位分布，所述优化算法包括拓扑优化和/或卷积神经网络。3.根据权利要求1所述的超表面的光束调控方法，其特征在于，所述超表面微结构的形状为纳米柱或纳米孔，所述改变超表面微结构的方法包括：改变所述超表面微结构的形状、尺寸和/或排布。4.根据权利要求1所述的超表面的光束调控方法，其特征在于，所述通过优化算法对所需相位分布的加权误差进行优化，并确定不同波长入射光的实际相位分布的方法包括：根据带宽内多个特定波长的相位分布，添加一个与入射波长相关的常数，其相位分布形式为：其中，式中为超表面透镜的极坐标半径值，为超表面透镜的焦距，为第个入射波长；利用优化算法对进行优化，其中目标函数写作：其中，式中为波长入射下，半径处所需的相位，则为标准值数据库中实际可为该位置提供的相位分布。5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚永兴，李星仪，
申请(专利权)人：杭州纳境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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