[发明专利]一种均匀光针聚焦微结构及设计方法

权利要求书

1.一种均匀光针聚焦微结构，其特征在于，由两组对应不同焦距的二元振幅型菲涅尔波带片半径序列复合而成，并对微结构中心区域进行遮挡，其中：

第一组环带半径序列第二组环带半径序列其中，λ是给定的微结构所在介质光波波长，f₁是给定的第一焦距，f₂是第二焦距，f₂＝f₁+Δf，Δf为焦移量，是一个正实数，N₁是第一组序列环带数，N₂是第二组序列环带数，N₁和N₂均取偶数；

所述微结构的环带半径序列其中，n_i是奇数，n_o是偶数，满足1≤n_i＜n_o≤N₁，r_2，i是偶数列中的第一个大于的数，r_2，o是奇数列中的最后一个小于的数。

2.根据权利要求1所述均匀光针聚焦微结构，其特征在于，所述各环带透过率为从径向半径至各环带透过率按{1，0}交替编码，环带不透光时为0，透光时为1，且起始环带透过率所述对微结构中心区域进行遮挡，是指对半径坐标以内的所有同心环带透过率置0。

3.权利要求1所述均匀光针聚焦微结构的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，给定微结构所在介质光波波长λ和第一焦距f₁，根据确定第一组环带半径序列{r_1，n}，N₁是第一组序列环带数，取偶数；

步骤二，初选正实数Δf，由第二焦距f₂＝f₁+Δf得到第二组环带半径序列N₂是第二组序列环带数，取偶数；

步骤三，初选奇数n_i和偶数n_o，满足1≤n_i＜n_o≤N₁；

步骤四，将序列{r_2，m}分为偶数列和奇数列在P中选择第一个大于的数r_2，i，在Q中选择最后一个小于的数r_2，o；

步骤五，利用第二组序列中的{r_2，i，r_2，i+1，r_2，i+2，...，r_2，o}替换第一组序列中的形成新的微结构环带半径序列

步骤六，各环带透过率规定为从径向半径至环带透过率按{1，0}交替编码，环带不透光时为0，透光时为1，且起始环带透过率

步骤七，利用矢量角谱理论和快速汉克尔变换算法计算激光光束照明微结构环带片时其后的衍射光场；

步骤八，优选参数{n_i，n_o，Δf}得到均匀光针强度场分布。

4.根据权利要求3所述均匀光针聚焦微结构的设计方法，其特征在于，所述步骤一中，照明光束是线偏振光、圆偏振光或径向偏振光；照明波长从X射线至近红外波段中选取，取1nm＜λ＜1000nm。

5.根据权利要求3所述均匀光针聚焦微结构的设计方法，其特征在于，所述步骤七中，矢量角谱理论是指首先经过一次傅里叶变换得到微结构后表面出射光场的角谱，然后再次经过一次傅里叶变换得到光场的各偏振分量，从而计算得到激光光束照明微结构时其后任意距离垂轴平面内的光场分布。

6.根据权利要求3所述均匀光针聚焦微结构的设计方法，其特征在于，所述步骤七中，快速汉克尔变换算法是指在标准汉克尔变换积分表达式中，利用非线性指数函数变量替换，将标准单边汉克尔变换表示为双边互相关积分，从而实现利用傅里叶变换计算互相关的一种快速、精确的计算方法。

7.根据权利要求3所述均匀光针聚焦微结构的设计方法，其特征在于，所述步骤八中，优选参数{n_i，n_o，Δf}的具体过程：

第一，根据第一焦距f₁和焦移量Δf选取第二焦距f₂；

第二，调整参数n_i和n_o初步聚焦出现拉伸的细光束；

第三，微调Δf对光针的均匀性进行调整，产生所需的均匀分布光针强度场特性。