[发明专利]一种激光整形光学元件及其设计方法

权利要求书

1.一种激光整形光学元件，其包括透明基底，其特征在于：

所述透明基底的工作面上刻蚀有纳米砖阵列，所述纳米砖阵列包括多个尺寸相同的纳米砖，所述纳米砖为半透半反式相位板，各所述纳米砖的朝向角Φ(x)＝ψ(x)/2；

其中，x表示所述纳米砖的中心点的横坐标值，ψ(x)为所述纳米砖的相位调制量，Φ(x)为所述纳米砖的转向角，即纳米砖长轴与水平轴的夹角；

所述纳米砖阵列中的具有相同x值的所述纳米砖的转角相同，且相邻的各所述纳米砖的中心间隔相同；

x和y方向即工作面坐标系xoy的x轴和y轴方向；

所述光学元件用于将垂直所述工作面的入射光线整形为与各所述纳米砖垂直的环形光束。

2.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：所述纳米砖的透射光与反射光的比例为1:1。

3.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：所述纳米砖阵列满足米氏共振原理。

4.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：所述透明基底为石英玻璃基底。

5.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：所述纳米砖为硅薄膜。

6.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：所述纳米砖的长轴尺寸、短轴尺寸、高度均为亚波长量级。

7.如权利要求1所述的光学元件，其特征在于：所述入射光线为可见光。

8.如权利要求1所述的光学元件的设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、根据工作波长，考虑应用需求，确定透明基底和纳米砖的材料；

S2、纳米砖阵列的结构参数优化：

采用电磁仿真法，在工作波长下，以左旋圆偏光或右旋圆偏光垂直入射工作面，以出射圆偏光的透过率和反射率为优化对象，扫描纳米砖的长轴尺寸、短轴尺寸、高度和中心间隔，获得优化的长轴尺寸、短轴尺寸、高度和中心间隔；

S3、结合步骤S2优化的结构参数、G-S算法以及补偿，优化投射光的均匀性；

S4、对各所述纳米砖位相分布优化，实现透反射同步相位调制。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述纳米砖的长轴尺寸L＝230nm、短轴尺寸W＝124nm、高度H＝277nm和中心间隔C＝300nm。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述工作波长为633nm。