【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学领域，尤其涉及一种基于超表面的光学元件、光学系统及光学元件的设计方法。
技术介绍
1、超表面通过表面亚波长的纳米结构实现对电磁波的偏振、相位、振幅、频率、传播模式等特性的调控。基于超表面的光学元件在实际运用中，会将具有不同功能的超表面利用套刻工艺进行集成，例如将超透镜与光阑进行集成后，用于改善激光的光斑形貌。然而，由于超透镜与光阑在以光刻手段为主的套刻精度上存在不同，使得集成后的超透镜与光阑之间存在位置偏差，导致无法获得所需的光斑形貌。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种确保获得所需光斑形貌的基于超表面的光学元件、光学系统及光学元件的设计方法。
2、为实现上述专利技术目的之一，本专利技术一实施方式提供一种基于超表面的光学元件，包括成像单元，所述成像单元具有基底以及阵列式排布于基底上的多个纳米结构，所述成像单元包括透镜区域以及光阑区域，所述透镜区域和光阑区域内均排布有纳米结构，所述光阑区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率小于透镜区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率。
3、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述光阑区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率小于10％，所述透镜区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率大于50％。
4、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述光学元件包括多个阵列式排布的成像单元，相邻成像单元之间相互密堆积。
5、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述光阑区域合围于透镜区域
6、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述透镜区域的外边沿图形内切于成像单元的外边沿图形。
7、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述成像单元还具有多个阵列式排布的超结构单元，所述光阑区域内纳米结构的尺寸不同于透镜区域内纳米结构的尺寸，和/或光阑区域内超结构单元的周期不同于透镜区域内超结构单元的周期。
8、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，基于透镜区域内纳米结构的相位分布，所述成像单元对目标波段的入射光进行相位调制。
9、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述光学元件包括多个成像单元，每个成像单元对入射光进行相位调制后，使得目标波段光映射至同一位置处。
10、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，目标波段光入射至透镜区域的入射角度等于目标波段光入射至光阑区域的入射角度。
11、为实现上述专利技术的目的之一，本专利技术还提供了一种光学系统，所述光学系统包括如上述的光学元件。
12、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述光学元件包括多个阵列式排布的成像单元，所述光学系统还包括光阑阵列以及微透镜阵列，所述基于超表面的光学元件、光阑阵列、微透镜阵列沿着光轴排列。
13、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述光学元件包括多个阵列式排布的成像单元，所述光学系统还包括位于光学元件入光侧的准直元件，所述准直元件包括与成像单元一一对应的准直单元，所述准直单元的入光侧面配置为凹面。
14、为实现上述专利技术的目的之一，本专利技术还提供了一种基于超表面的光学元件的设计方法，所述基于超表面的光学元件的设计方法适用于如上述的基于超表面的光学元件，所述设计方法包括：
15、确定成像单元的光阑区域和透镜区域；
16、对超结构单元进行bloch边界扫描，获得不同特征尺寸的纳米结构在目标波段光下的透过率曲线以及相位曲线，构建高透过率的特征尺寸-相位库以及低透过率的特征尺寸-相位库；
17、从高透过率的特征尺寸-相位库内选择纳米结构排布于透镜区域，从低透过率的特征尺寸-相位库内选择纳米结构排布于光阑区域。
18、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，高透过率的特征尺寸-相位库与低透过率的特征尺寸-相位库所对应的入射角度相同。
19、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，高透过率的特征尺寸-相位库与低透过率的特征尺寸-相位库所对应的超结构单元周期不同。
20、作为本专利技术一实施方式的进一步改进，根据成像单元对于目标波段光的调制需要，确定透镜区域内纳米结构的相位分布。
21、与现有技术相比，本专利技术的实施方式中，通过在成像单元的透镜区域和光阑区域内排布透过率不同的纳米结构，使得目标波段光能够顺利地透过透镜区域且无法透过光阑区域，从而无需套刻工艺即可实现将超透镜与光阑进行集成，从而避免超透镜与光阑之间存在位置偏差，确保获得所需的光斑形貌。
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1.一种基于超表面的光学元件，包括成像单元，所述成像单元具有基底以及阵列式排布于基底上的多个纳米结构，其特征在于，所述成像单元包括透镜区域以及光阑区域，所述透镜区域和光阑区域内均排布有纳米结构，所述光阑区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率小于透镜区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率。
2.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述光阑区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率小于10％，所述透镜区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率大于50％。
3.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述光学元件包括多个阵列式排布的成像单元，相邻成像单元之间相互密堆积。
4.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述光阑区域合围于透镜区域。
5.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述透镜区域的外边沿图形内切于成像单元的外边沿图形。
6.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述成像单元还具有多个阵列式排布的超结构单元，所述光阑区域内纳米结构的尺寸不同于透镜区域内
7.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，基于透镜区域内纳米结构的相位分布，所述成像单元对目标波段的入射光进行相位调制。
8.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述光学元件包括多个成像单元，每个成像单元对入射光进行相位调制后，使得目标波段光映射至同一位置处。
9.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，目标波段光入射至透镜区域的入射角度等于目标波段光入射至光阑区域的入射角度。
10.一种光学系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的基于超表面的光学元件。
11.如权利要求10所述的光学系统，其特征在于，所述光学元件包括多个阵列式排布的成像单元，所述光学系统还包括光阑阵列以及微透镜阵列，所述基于超表面的光学元件、光阑阵列、微透镜阵列沿着光轴排列。
12.如权利要求10所述的光学系统，其特征在于，所述光学元件包括多个阵列式排布的成像单元，所述光学系统还包括位于光学元件入光侧的准直元件，所述准直元件包括与成像单元一一对应的准直单元，所述准直单元的入光侧面配置为凹面。
13.一种如权利要求1-9任一所述的基于超表面的光学元件的设计方法，其特征在于，包括：
14.如权利要求13所述的基于超表面的光学元件的设计方法，其特征在于，高透过率的特征尺寸-相位库与低透过率的特征尺寸-相位库所对应的入射角度相同。
15.如权利要求13所述的基于超表面的光学元件的设计方法，其特征在于，高透过率的特征尺寸-相位库与低透过率的特征尺寸-相位库所对应的超结构单元周期不同。
16.如权利要求13所述的基于超表面的光学元件的设计方法，其特征在于，根据成像单元对于目标波段光的调制需要，确定透镜区域内纳米结构的相位分布。
...【技术特征摘要】
1.一种基于超表面的光学元件，包括成像单元，所述成像单元具有基底以及阵列式排布于基底上的多个纳米结构，其特征在于，所述成像单元包括透镜区域以及光阑区域，所述透镜区域和光阑区域内均排布有纳米结构，所述光阑区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率小于透镜区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率。
2.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述光阑区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率小于10％，所述透镜区域内的纳米结构对于目标波段光的透过率大于50％。
3.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述光学元件包括多个阵列式排布的成像单元，相邻成像单元之间相互密堆积。
4.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述光阑区域合围于透镜区域。
5.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述透镜区域的外边沿图形内切于成像单元的外边沿图形。
6.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述成像单元还具有多个阵列式排布的超结构单元，所述光阑区域内纳米结构的尺寸不同于透镜区域内纳米结构的尺寸，和/或光阑区域内超结构单元的周期不同于透镜区域内超结构单元的周期。
7.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，基于透镜区域内纳米结构的相位分布，所述成像单元对目标波段的入射光进行相位调制。
8.如权利要求1所述的基于超表面的光学元件，其特征在于，所述光学元件包括多个成像单元，每个成...
【专利技术属性】
技术研发人员：马钊，戴安丽，傅江华，朱家琦，
申请(专利权)人：苏州山河光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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