一种偏振独立变焦超构透镜及其焦距调节方法和设计方法技术

本发明专利技术涉及一种偏振独立变焦超构透镜及其焦距调节方法和设计方法，包括：第一衬底，其表面设置有第一纳米柱阵列，第一衬底所在平面为第一基准面；第二衬底，其表面设置有第二纳米柱阵列，第二衬底所在平面为第二基准面；所述第一衬底和所述第二衬底在第一方向上相对设置，以使所述第一纳米柱阵列和所述第二纳米柱阵列位于所述第一衬底和所述第二衬底之间；所述第一衬底在第一基准面内可转动设置，且

【技术实现步骤摘要】
一种偏振独立变焦超构透镜及其焦距调节方法和设计方法


[0001]本专利技术涉及超构透镜领域，特别是涉及一种偏振独立变焦超构透镜及其焦距调节方法和设计方法
。

技术介绍

[0002]焦距可调的超构透镜是微型变焦成像系统中不可缺少的组成部分之一
。
然而，所有制造的超构透镜都缺乏主动调谐特性，尤其左旋圆偏振光与右旋圆偏振光入射时无法独立实现焦距调节
。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对超构透镜无法针对左旋圆偏振光与右旋圆偏振光分别独立进行焦距调节的问题，提供一种偏振独立变焦超构透镜及其焦距调节方法和设计方法
。
[0004]一种偏振独立变焦超构透镜，包括：
[0005]第一衬底，其表面设置有第一纳米柱阵列，第一衬底所在平面为第一基准面；
[0006]第二衬底，其表面设置有第二纳米柱阵列，第二衬底所在平面为第二基准面；
[0007]所述第一衬底和所述第二衬底在第一方向上相对设置，以使所述第一纳米柱阵列和所述第二纳米柱阵列位于所述第一衬底和所述第二衬底之间；
[0008]所述第一衬底在第一基准面内可转动设置，且
/
或所述第二衬底在第二基准面内可转动设置；
[0009]所述第一衬底在第一基准面内可移动设置，且
/
或所述第二衬底在第二基准面内可移动设置
。
[0010]本专利技术所述第一纳米柱阵列和
/
或所述第二纳米柱阵列中的纳米柱高度为1μr/>m
，晶格常数为
650nm
，工作波长为
1550nm。
[0011]本专利技术所述第一衬底和
/
或所述第二衬底的材质为二氧化硅，所述第一纳米柱阵列和
/
或所述第二纳米柱阵列中的纳米柱材质为硅
。
[0012]本专利技术所述第一衬底和所述第二衬底在第一方向上的间距为定值
。
[0013]一种偏振独立变焦超构透镜的焦距调节方法，
[0014]当右旋圆偏振光照射至第一衬底上时，在第一基准面内移动第一衬底，且
/
或在第二基准面内移动第二衬底；
[0015]当左旋圆偏振光照射至第一衬底上时，在第一基准面内转动第一衬底，且
/
或在第二基准面内转动第二衬底
。
[0016]本专利技术所述第一衬底和所述第二衬底正对时处于基准状态，此时述第一衬底和第二衬底的相对位移和相对转动角度均为0，当右旋圆偏振光照射至第一衬底上时，所述第一衬底和所述第二衬底的相对位移为5‑
17.5
μ
m
，当左旋圆偏振光照射至第一衬底上时，所述第一衬底和所述第二衬底的相对转动角度为
30
°‑
105
°
。
[0017]本专利技术当右旋圆偏振光照射至第一衬底上时，所述第一衬底和所述第二衬底的相
对位移反比于偏振独立变焦超构透镜的焦距，当左旋圆偏振光照射至第一衬底上时，所述第一衬底和所述第二衬底的相对转动角度反比于偏振独立变焦超构透镜的焦距
。
[0018]一种偏振独立变焦超构透镜的设计方法，
[0019]所述第一衬底和所述第二衬底正对时处于基准状态，此时在第一基准面或第二基准面中构建极坐标和平面坐标；
[0020]此时第一纳米柱阵列中的纳米柱的平面坐标为
(x1，
y1)
，极坐标为
(r1，
Θ1)
，则左旋相位右旋相位
[0021]此时第二纳米柱阵列中的纳米柱的平面坐标为
(x2，
y2)
，极坐标为
(r2，
Θ2)
，则左旋相位右旋相位
[0022]其中
A
为空间相位变化率的常数，
a
为常数
。
[0023]本专利技术所述第一衬底和所述第二衬底正对时处于基准状态，此时第一纳米柱阵列中的纳米柱和所述第二纳米柱阵列中的纳米柱一一对应，对应的两个纳米柱中，
x1＝
x2，
y1＝
y2，
r1＝
r2，
Θ1＝
Θ2。
[0024]本专利技术的有益效果为：
[0025]当右旋圆偏振光作为入射光源的时候，第一衬底和第二衬底所构成的超构表面能够通过移动实现焦距调节，当左旋圆偏振光作为入射光源的时候，第一衬底和第二衬底所构成的超构表面能够通过转动实现焦距调节
。
两种调节过程均能保持较高的聚焦效率，形成了灵活的焦距调节策略，能够在小型化成像设备中应用
。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中偏振独立变焦超构透镜的主视结构示意图和俯视结构示意图
(
基准状态
)
；
[0027]图2为本专利技术实施例中偏振独立变焦超构透镜的主视结构示意图和俯视结构示意图
(RCP)
；
[0028]图3为本专利技术实施例中偏振独立变焦超构透镜的俯视结构示意图
(LCP)
；
[0029]图4为本专利技术实施例中偏振独立变焦超构透镜的设计结果示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例中偏振独立变焦超构透镜的右旋相位分布图；
[0031]图6为本专利技术实施例中偏振独立变焦超构透镜的左旋相位分布图；
[0032]图7为本专利技术实施例中纳米柱在
x
方向线偏振光和
y
方向线偏振光激发下，不同长宽条件下对应的透射振幅图；
[0033]图8为本专利技术实施例中纳米柱在
x
方向线偏振光和
y
方向线偏振光激发下，不同长宽条件下对应的相移图；
[0034]图9为本专利技术实施例中纳米柱的
CPCR
图；
[0035]图
10
为本专利技术实施例中纳米柱的模拟传输相位
、
相位差和透射系数图；
[0036]图
11
为本专利技术实施例中偏振独立变焦超构透镜在第一衬底和第二衬底不同相对位置条件下的
xoz
平面中电场强度分布图；
[0037]图
12
为本专利技术实施例中
f
RCP
和
d
之间的实际函数关系曲线和理论函数关系曲线
、
f
LCP
和
θ
之间的实际函数关系曲线和理论函数关系曲线图；
[0038]图
13
为本专利技术实施例中偏振独立变焦超构透镜的聚焦效率和
d
之间的函数关系图以及聚焦效率和
θ
之间的函数关系图；
[0039]图
14
为本专利技术实施例中偏振独立变焦超构透镜在不同波长光束下
xoz...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种偏振独立变焦超构透镜，其特征在于，包括：第一衬底，其表面设置有第一纳米柱阵列，第一衬底所在平面为第一基准面；第二衬底，其表面设置有第二纳米柱阵列，第二衬底所在平面为第二基准面；所述第一衬底和所述第二衬底在第一方向上相对设置，以使所述第一纳米柱阵列和所述第二纳米柱阵列位于所述第一衬底和所述第二衬底之间；所述第一衬底在第一基准面内可转动设置，且
/
或所述第二衬底在第二基准面内可转动设置；所述第一衬底在第一基准面内可移动设置，且
/
或所述第二衬底在第二基准面内可移动设置
。2.
根据权利要求1所述的偏振独立变焦超构透镜，其特征在于，所述第一纳米柱阵列和
/
或所述第二纳米柱阵列中的纳米柱高度为1μ
m
，晶格常数为
650nm
，工作波长为
1550nm。3.
根据权利要求1所述的偏振独立变焦超构透镜，其特征在于，所述第一衬底和
/
或所述第二衬底的材质为二氧化硅，所述第一纳米柱阵列和
/
或所述第二纳米柱阵列中的纳米柱材质为硅
。4.
根据权利要求1所述的偏振独立变焦超构透镜，其特征在于，所述第一衬底和所述第二衬底在第一方向上的间距为定值
。5.
一种如权利要求1或2或3或4所述的偏振独立变焦超构透镜的焦距调节方法，其特征在于，当右旋圆偏振光照射至第一衬底上时，在第一基准面内移动第一衬底，且
/
或在第二基准面内移动第二衬底；当左旋圆偏振光照射至第一衬底上时，在第一基准面内转动第一衬底，且
/
或在第二基准面内转动第二衬底
。6.
根据权利要求5所述的偏振独立变焦超构透镜的焦距调节方法，其特征在于，所述第一衬底和所述第二衬底正对时处于基准状态，此时述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜江玮，汤世伟，王艳群，徐培鹏，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：