[发明专利]超表面稀疏孔径透镜

说明书

超表面稀疏孔径透镜包括多个按照一定序列排布的子透镜，每个子透镜包括多个微结构和支撑该微结构的基底，所有子透镜共同构成超表面稀疏孔径透镜。所述的超表面稀疏孔径透镜所对应的相位信息可以由入射光波长、透镜焦距确定。利用稀疏孔径技术，本发明可以通过子透镜阵列系统获取与大孔径光学系统相同的空间分辨率，从而降低大孔径超透镜的制备难度和加工成本。本发明在显微成像系统和内窥成像系统的小型化和集成化等方面具有很高的应用价值。

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及超表面稀疏孔径透镜。

背景技术

超表面透镜是一种基于亚波长微结构组成的超薄二维阵列平面，是一种二维衍射光学元件，因其具备对电磁波振幅、相位、偏振态的有效调控，具有平面集成、消色差、超越衍射极限等潜力，使其成为当前衍射光学和纳米光子学领域的研究热点，然而超表面透镜仍然存在孔径较小，无法实现大孔径装备制造等问题。

发明内容

本发明的目的是提出超表面的稀疏孔径透镜，该装置解决了现有超表面透镜无法实现大孔径装备制造的问题，降低大孔径超透镜的制备难度，减轻载荷体积和重量，同时，子透镜阵列可以获取与大孔径相同的空间分辨率，在提高超表面光学透镜系统分辨率以及提高超表面透镜的制备效率等方面有很高的应用价值。为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：

超表面的稀疏孔径透镜，其特征在于，由多个结构相同的超表面子透镜按照一定空间位置排列在基底上而成，每个超表面子透镜由多个结构相同的微结构像素单元排列而成。

所述的微结构像素单元由长方体以及包围该长方体的长方体环状结构构成，该长方体环状结构为刻蚀的微结构，长方体为保留的微结构。

所述的超表面的稀疏孔径透镜，其特征在于，所述的一定空间位置包括Annulus、Double、Golay3、Ring6、Golay6或Tri-arm7。

所述的超表面的稀疏孔径透镜，其特征在于，所述的微结构像素单元为能够调控相位变化的金属超表面微结构或介质超表面微结构。

所述的超表面的稀疏孔径透镜，其特征在于，所述的基底由二氧化硅、氧化铝或其他透光自支撑介质制备而成。

所述的超表面的稀疏孔径透镜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)设计一定空间位置的子透镜阵列；

2)计算子透镜的相位分布，并生成相位图谱，公式如下：

其中为微结构像素单元长方体中心所对应的相位，x为微结构像素单元长方体中心横向坐标，y为x为微结构像素单元长方体中心纵向坐标，m为任意整数，f为超表面子透镜所对应的焦距，λ为入射光波长；

3)对不同结构参数微结构像素单元进行仿真获得所述不同参数微结构单元的相位调控曲线和透过率曲线，对所述微结构的结构参数进行优化，使得微结构的能够达到0-2π的相位调控能力，同时保证透过率具有一致性；

4)根据需求对所生成的相位图谱进行等比例离散化，并选取对应的微结构像素单元尺寸，生成微结构尺寸图谱文件；

5)利用电子束曝光或激光直写曝光和刻蚀工艺实现微结构的曝光和转移，得到所需的超表面稀疏孔径透镜。

与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

本发明可以通过子透镜阵列系统获取与大孔径光学系统相同的空间分辨率，从而降低大孔径超透镜的制备难度和加工成本。本发明在显微成像系统和内窥成像系统的小型化和集成化等方面具有很高的应用价值。

附图说明

图1为本发明超表面稀疏孔径透镜结构三维示意图；

图2为本发明微结构像素单元示意图；