[发明专利]一种多值相位‑二值振幅的超衍射空心光环聚焦器件

摘要

一种多值相位‑二值振幅的超衍射空心光环聚焦器件，包括基底、介质圆环结构单元、金属圆环结构单元，其采用多值相位调控的介质圆环结构和二值振幅调控的金属圆环结构，介质圆环结构厚度决定出射光的相位，金属圆环结构厚度决定出射光的振幅，通过改变介质圆环和金属圆环的厚度实现多值相位调控和二值振幅调控；利用介质圆环和金属圆环结构单元形成空间平面同心圆环阵列，实现远场超衍射角向偏振空心光环聚焦所需的聚焦器件透射函数振幅相位空间分布，从而实现突破衍射极限的远场超衍射角向偏振空心光环聚焦功能，并提高远场超衍射角向偏振空心光环聚焦性能，减小远场超衍射聚焦焦斑、提高聚焦效率、抑制旁瓣、增大视场范围。

主权项

一种多值相位‑二值振幅的超衍射空心光环聚焦器件，其特征在于包括基底(1)、介质圆环结构单元(2)、金属圆环结构单元(3)；所述基底(1)是厚度为h的介质材料，对入射光波长λ透明，上下表面平行；所述介质圆环结构单元(2)是位于基底上的中心半径为ri、宽度为w、厚度为t的圆环形介质结构，对入射光波长λ透明，其中i表示从中心向外第i个同心环；介质圆环结构单元(2)在基底上同心分布N个，对于给定的入射光波长λ，通过不同的介质圆环厚度t来获得不同的出射光相位所述金属圆环结构单元(3)是位于介质圆环结构单元上方并紧贴介质圆环、中心半径为ri、宽度为w、厚度为δ的金属膜；对于给定的入射光波长λ，金属膜不透光，其对入射光的振幅透射率为a(δ)，通过在不同的介质圆环结构单元上设置厚度为Δ的金属膜和不设置金属膜，分别实现入射光透射率为0和1两种情形；两个紧贴的介质圆环结构单元(2)和金属圆环结构单元(3)构成一个介质‑金属圆环单元结构，N个同心的介质‑金属圆环单元结构构成同心圆环结构阵列，其中N为整数，第i个介质‑金属圆环单元结构的中心半径为ri，介质圆环的厚度为ti，金属圆环的厚度为δi；所述阵列中包含有金属圆环结构单元(3)厚度为0，和介质圆环结构单元(2)与金属圆环结构单元(3)厚度均为0的情况；对于给定的聚焦器件相位空间分布ψ(ri)，通过介质圆环结构相位与介质厚度t的关系，确定第i个介质圆环形结构的厚度ti；对于给定的振幅空间分布A(ri)，通过入射光透射率a(δ)与金属圆环结构厚度δ的关系，确定第i个金属圆环结构的厚度δi，由此采用相应的介质‑金属同心圆环结构阵列，实现远场超衍射角向偏振空心光环聚焦器件所需的相位空间分布ψ(ri)和振幅空间分布A(ri)，从而实现器件的远场超衍射角向偏振空心光环聚焦功能；所述聚焦器件的聚焦焦斑为一角向偏振空心光环，空心光环强度内径半高宽小于光学衍射极限0.5λ/NA，其中NA为聚焦器件的数值孔径，NA＝n0×sin(atan(f/R))，其中n0为出射方介质折射率，f为聚焦器件焦距，R为聚焦器件半径，sin()和atan()分别为正弦函数和反正切函数。