【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学元件制作，特别是涉及一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法。
技术介绍
1、多焦点多剖面独立扫描器件具有许多潜在应用，在各个领域都能发挥重要的作用，如工业设计、三维建模与扫描、表面检测与质量控制、光学显微镜成像、虚拟现实与增强现实、半导体行业和医学成像与诊断等。
2、而在实际应用过程中，单一焦点的扫描器件的功能比较受限，且效率低，它们仅能实现单一位置的内窥或者在单一焦点内的捕获。在传统光学元件制作
，要实现多个焦点同时工作的功能，需要更加复杂的设计和加工工艺，如果不能得到有效的结合，还会影响聚焦效果，无法判断焦点的空间位置。
3、因此，亟需提供一种可为工业设计、三维建模与扫描与表面检测等领域提供理论与实际应用基础的双焦点自修正焦点扫描超透镜设计方法。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，为工业设计、三维建模与扫描与表面检测等领域提供理论与实际应用基础。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，包括以下步骤：
4、确定超透镜的设计参数；
5、利用棋盘格策略约化超透镜的设计参数，并通过旋转单层超表面的方法在超透镜中设计独立焦点；
6、利用人工原子库中各向同性建立超透镜的相位分布库；
7、利用琼斯矩阵根据相位分布库对超透镜的相位分布进行优化，并确
8、根据得到的目标单元结构中焦点的空间位置，通过全波仿真与理论分析验证，设计得到双焦点自修正焦点扫描超透镜。
9、优选地，所述确定超透镜的设计参数包括超透镜的工作波长、半径、数值孔径、焦点位置和聚焦焦距。
10、优选地，所述利用棋盘格策略约化超透镜的设计参数，并通过旋转单层超表面的方法在超透镜中设计独立焦点，包括：
11、确定两个不同的焦点位置，且两个不同的焦点分别对应于两组不同的级联超透镜器件；
12、通过旋转单层超表面，控制第一焦点沿横向位置增大方向扫描，第二焦点沿横向位置减少的方向扫描，获取超表面的交替取样；
13、将得到的超表面的交替取样组合为上层超表面和下层超表面，并对上层超表面和下层超表面进行级联，以控制两个焦点在两个不同的剖面移动。
14、优选地，所述利用棋盘格策略约化超透镜的设计参数，并通过旋转单层超表面的方法在超透镜中设计独立焦点，还包括：
15、基于获取的超透镜设计参数，确定各参数之间的关系，并将参数合并为约化后的参数组合，确定得到焦点在超透镜中的位置。
16、优选地，所述利用人工原子库中各向同性建立超透镜的相位分布库，包括：
17、通过约化后的参数组合，确定超表面的相位分布；
18、利用人工原子库的各向同性原理，得到超透镜的结构单元；
19、对超透镜的结构单元进行仿真，并提取每个结构单元的传输相位，建立超透镜的相位分布库。
20、优选地，所述利用琼斯矩阵根据相位分布库对超透镜的相位分布进行优化，并确定目标单元结构中焦点的空间位置，包括：
21、基于超透镜的相位分布库，获取超透镜在两个方向上的相位分布；
22、在极化基和局域坐标系下确定超透镜的琼斯矩阵；
23、通过琼斯矩阵对相位分布进行优化计算，确定参数组合的有效性；
24、根据计算结果，确定目标单元结构中焦点的空间位置。
25、优选地，所述琼斯矩阵为：
26、
27、其中，φtot(r)＝φ1(r)+φ2(r)，φtot(r)为两层超表面叠加后的总相位分布，φ1(r)为第一层超表面相位，φ2(r)为第二层超表面相位。
28、优选地，所述根据得到的目标单元结构中焦点的空间位置，通过全波仿真与理论分析验证，设计得到双焦点自修正焦点扫描超透镜，包括：
29、基于人工原子库，筛选所需的人工原子，并按照相位分布进行排列，构成上下两层超表面结构；
30、对获得的上下两层超表面结构进行级联，并设置高斯光源作为入射光，得到超透镜的仿真模型；
31、基于理论分析及仿真模型，设计所述双焦点自修正焦点扫描超透镜，并根据全波仿真对性能进行评测。
32、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
33、(1)本专利技术进一步拓展了上述自修正焦点扫描超透镜理论，将单焦点单剖面扫描拓展为多焦点多剖面独立扫描，并且基于该理论设计了一个基于级联超表面的双焦点自修正焦点扫描超透镜，它可以通过旋转超表面独立地控制两个焦点在不同的剖面上移动。且为了验证该设计，进行理论解析计算验证和全波仿真验证，理论验证结果与全波仿真结果十分吻合，证明了所设计的超透镜可以实现多焦点多剖面独立扫描。
34、(2)本专利技术在工业设计、三维建模与扫描、表面检测与质量控制、医学成像与诊断、虚拟现实与增强现实、半导体行业和材料科学等领域具有广泛的应用前景。且随着多焦点多剖面独立扫描器件的出现和应用将会不断推动各个领域的发展和进步，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。
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1.一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，所述确定超透镜的设计参数包括超透镜的工作波长、半径、数值孔径、焦点位置和聚焦焦距。
3.根据权利要求1所述的一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，所述利用棋盘格策略约化超透镜的设计参数，并通过旋转单层超表面的方法在超透镜中设计独立焦点，包括：
4.根据权利要求3所述的一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，所述利用棋盘格策略约化超透镜的设计参数，并通过旋转单层超表面的方法在超透镜中设计独立焦点，还包括：
5.根据权利要求1所述的一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，所述利用人工原子库中各向同性建立超透镜的相位分布库，包括：
6.根据权利要求1所述的一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，所述利用琼斯矩阵根据相位分布库对超透镜的相位分布进行优化，并确定目标单元结构中焦点的空间位置，包括：
7.根据权利要
8.根据权利要求1所述的一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，所述根据得到的目标单元结构中焦点的空间位置，通过全波仿真与理论分析验证，设计得到双焦点自修正焦点扫描超透镜，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，所述确定超透镜的设计参数包括超透镜的工作波长、半径、数值孔径、焦点位置和聚焦焦距。
3.根据权利要求1所述的一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，所述利用棋盘格策略约化超透镜的设计参数，并通过旋转单层超表面的方法在超透镜中设计独立焦点，包括：
4.根据权利要求3所述的一种双焦点自修正焦点扫描超透镜的设计方法，其特征在于，所述利用棋盘格策略约化超透镜的设计参数，并通过旋转单层超表面的方法在超透镜中设计独立焦点，还包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：肖诗逸，谈明轩，李小桐，蔡晓东，谭湘月，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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