[发明专利]一种焦距大幅可调的光子晶体透镜及其设计方法

权利要求书

1.一种焦距大幅可调的光子晶体透镜的设计方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1、选定介质材料，确定光子晶体结构类型和结构参数，获得该光子晶体的等频图，在等频图中寻找频率敏感的自准直区域；

步骤2、针对实际需要工作频率区间和入射角范围，确定工作“相空间”，即频率空间和波矢空间的范围；

步骤3、对光子晶体进行结构参数和材料参数优化设计，使得等频线曲率对光子晶体材料折射率的敏感度尽可能大，同时避免在工作相空间内出现“等频线简并”；

步骤4、根据所选材料特性，选择合适的方式，包括电光、热光、非线性或其他物理效应，使一种或多种光子晶体组成材料的折射率改变，进而改变光束聚焦点或虚焦点的位置。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤2中所述的工作频率范围为所有电磁波波段,包括可见光波段、红外波段、太赫兹波段和微波段；

步骤2所述的入射角范围包括正入射情况，也包括斜入射情况；

步骤2所述的波矢空间的范围是通过布里渊区的等入射角线以及光束宽度来确定。

3.根据权利要求1或2所述的设计方法，其特征在于，步骤3中所述的光子晶体的结构参数包括晶格类型、晶格常数、填充比、单原胞内的结构形状和结构参数；

所述的光子晶体的材料参数包括光子晶体各个组成材料的介电常数、磁导率常数和折射率；

所述的光子晶体的晶格类型是二维、三维或层状准二维周期结构，包括正方晶格、长方晶格、三角晶格、密堆、金刚石的晶格结构。

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，步骤3中所述的等频线曲率对折射率的敏感度，是指等频线曲率对光子晶体材料折射率的导数，它用理论计算的方法得到，或者用实验的方法得到。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，步骤3中所述的“等频线简并”是指不同的等频线具有相同的频率，这个简并包括同一能带的简并，也包括不同能带的简并。

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，步骤3中优化后的自准直等频线曲率对折射率的敏感度，大于30，为光束真空波长。

7.由权利要求1-6之一所述的设计方法得到的焦距大幅可调的光子晶体透镜。