[发明专利]一种位相编码的宽带光子筛

说明书

本发明公开了一种位相编码的宽带光子筛，直径为D，包括透明平面基底和镀在该透明平面基底上的不透光金属薄膜，所述不透光金属薄膜上设有环带状分布的通光小孔，所述通光小孔的位置分布满足方程，式中，f为宽带光子筛的焦距，n为通光环带的环带序号，λ为光子筛的工作波长，R为宽带光子筛的半径，为三次编码系数，k为波数,x_m和y_m是第n个通光环带上第m个小孔的中心位置（m=1,2,3…um），其中，小孔半径。本发明设计了一种同时具有位相编码板编码功能和传统光子筛聚焦功能的宽带光子筛，很大程度上减小了光子筛对波长的敏感性，且在不影响光子筛分辨率的情况下，拓宽了光子筛的带宽，同时提高了能量效率。

技术领域

本发明涉及一种光学元件，具体涉及一种光子筛，尤其是一种位相编码的宽带光子筛。

背景技术

现有技术中，光子筛是由Kipp 在2001 年提出的一种衍射光学元件，和菲涅耳波带片相似，都是使奇数或偶数菲涅耳波带透光，而使相邻的波带不透光。光子筛将透光的波带设计成透光的微孔，微孔位于波带上，光波通过各微孔中心到达焦点的距离与通过光轴到达焦点的距离之差为波长的整数倍，可以实现聚焦和成像，用于高分辨率显微镜，光谱成像，X 射线成像，UV 光刻等。

作为衍射光学元件，光子筛具有很大的色差。一般而言，对于一个焦距f 的光子筛，只对设计波长λ 清晰成像。因此，当入射光波长为λ+Δλ 时，将聚焦到f+Δf 位置，在原始焦平面位置产生背景噪音。

为解决上述问题，Gimenez 等在文献“F. Giménez, J. A. Monsoriu, W.D.Furlan, and A. Pons,“Fractal photon sieve,” Opt. Express 14(25), 11958–11963(2006)”中提出了一种分形光子筛去拓展焦深并且减小色差。但是，该光子筛是以降低设计波长在对焦位置的分辨率为代价的。Andersen 等人在文献“G. Andersen, andD.Tullson, “Broadband antihole photon sieve telescope,” Appl. Opt. 46(18),3706–3708 (2007)”中提出了一种由光子筛作为主镜的望远系统。在系统中，另一个衍射光学元件被设计去补偿光子筛的色差特性，达到了一定的宽光谱成像效果。但其有两个大于光子筛主镜的反射镜用于准直光路并聚焦，这种方式结构相对复杂。周等人在文献“C.X.Zhou,X.C.Dong, L.F.Shi,C.T.Wang,and C.L.Du,“Experimental study of amultiwavelength photon sieve designed by random-area-divided approach,”Appl.Opt.48(8), 1619–1623(2009)”中设计并加工了一块三波长光子筛。该光子筛的设计对于三个不同的波长分别设计三套不重叠的孔，用于对三个波长成像。但是，其具有较低的衍射效率并且只对设计的三个波长成像。申请公布号CN104865627A的中国专利公开了一种基于波前编码技术的宽带光子筛，该宽带光子筛具有一位相编码板，位相编码板的一个表面为位相编码面，另一个表面为平面，平面后紧贴有光子筛。在该光子筛之前设置位相编码板，结构略微复杂。

因此，为了上述现有技术中的缺点，开发一种宽带光子筛，使其不仅具有传统光子筛的聚焦功能，同时还具备了位相编码板的编码功能，而且结构简单，显然具有积极的现实意义。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种位相编码的宽带光子筛，在不影响光子筛分辨率的前提下，拓宽光子筛的带宽。