[发明专利]一种基于人工微结构超表面构造超薄彩色光学透镜的方法

摘要

本发明公开了一种基于人工微结构超表面构造超薄彩色光学透镜的方法。本发明步骤：(1)根据所需要出射的聚焦点的位置，计算人工微结构超表面上相位分布；(2)对每种中心波长设计旋转对称的周期性结构，结合相位梯度分布确定具体相位值；(3)设计确定高度的柱状结构作为人工微结构超表面的基本单元，再设计相应具体实现结构；(4)将整个透镜分成的N部分区域随机分为m份，并按需求保证每份中区域个数大致相同或根据特定需要保证某种比例；(5)将选中的m份区域分别带入到(3)中的对应的m个透镜中，形成新透镜；(6)根据每个区域的特定波长，在透镜对应工作波长的滤光片形成滤光片阵列。本发明具有超薄、双平面性和易于集成等优点。

主权项

1.一种基于人工微结构超表面构造超薄彩色光学透镜的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(1).在380nm～780nm的可见光范围内，选择三种或以上需要的中心波长，中心波长的计数为m；对于每种波长的入射光，垂直照射人工微结构超表面，根据所需要出射的聚焦点的位置或特殊出射波形的需要，计算人工微结构超表面上的相位梯度分布；步骤(2).对于每种中心波长，以需要的周期设计旋转对称的周期性结构，将得到的相位梯度分布结合人工微结构超表面的周期性结构，确定周期性结构所在位置的相位值；步骤(3)设计确定高度的柱状结构作为人工微结构超表面的基本单元，根据每个基本单元的相位要求设计相应的具体实现结构，具体实现如下：首先根据步骤(1)设计m种透镜，透镜内周期性结构周围有光学透明介质包围；其次根据步骤(2)中计算得到的相位值，选取柱状结构作为人工微结构超表面的基本单元，根据每个基本单元的相位要求设计相应的具体实现结构，最终形成人工微结构超表面超薄透镜；步骤(4).将每一个透镜都分为N部分区域，N为正整数；将每一个透镜的N部分区域以相同的随机分法分为m份，m为步骤(1)中选择的中心波长的个数，并按需求保证每份中区域个数相同或根据需要保证比例；步骤(5).将选中的m份区域分别带入到步骤(3)中的对应的m个透镜中；将区域选中的透镜内的周期性结构组合在一起，形成一个新的透镜；步骤(6).根据每个区域的特定波长，在透镜上表面或双面覆盖对应工作波长的滤光片，每种滤光片在设计波长处透射率高，在远离设计波长处透射率低，形成覆盖整个透镜的滤光片阵列；所述的步骤(1)中运用了惠更斯原理，设人工微结构超表面构造的超薄彩色光学透镜的焦距为f，某工作波长为λ，在人工微结构超表面的周期性结构上，选中的位置距离人工微结构超表面中心距离为s；则此选中位置到焦点的距离ds能够计算得到：ds就是平面波照射到此周期结构后发出的次波到焦点的距离；其相位变化可以表示为Ψs：确定每一个不同位置的相位变化Ψs就确定了人工微结构超表面上的相位分布；依次类推，改变工作波长λ，分别针对每一个工作波长确定透镜的相位分布。