[发明专利]一种远场超衍射三维空心焦斑平面聚焦器件

摘要

一种远场超衍射三维空心焦斑平面聚焦器件，包括基底和位于基底上的同心介质圆环阵列，同心介质圆环阵列是由N个同心的介质圆环结构单元构成。通过介质圆环单元的厚度实现对入射光束的相位调控；通过由介质圆环单元构成的同心介质圆环阵列的优化设计，实现远场超衍射三维空心焦斑平面聚焦器件所需要的相位空间分布，在对柱矢量光束入射条件下，在焦距附近产生远场超衍射三维空心焦斑。通过控制入射柱矢量光束的角向偏振态和径向偏振态的振幅比例，可以提高超衍射三维空心焦斑的光学约束能力。该器件具有厚度薄、质量轻和便于集成等特点，可应用于受激发射损耗显微、光镊、纳米光刻以及超高密度数据存储等领域。

主权项

1.一种远场超衍射三维空心焦斑平面聚焦器件，其特征在于包括基底(1)以及位于基底(1)上的同心介质圆环阵列；所述同心介质圆环阵列是由N个同心的介质圆环结构单元(2)构成，N为正整数；所述介质圆环结构单元(2)是中心半径为ri、宽度为w、厚度为ti、折射率为nd的圆环形介质结构，i表示从中心向外第i个同心介质环，第i个介质圆环结构单元的厚度ti＝[ψ(ri)×λ]/2π(nd‑n0)，ψ(ri)是远场超衍射三维空心焦斑平面聚焦器件相位空间分布，n0为出射方介质折射率，nd为介质材料D的折射率；采用所述同心介质圆环阵列形成的远场超衍射三维空心焦斑平面聚焦器件半径为Rlens＝N×w，其光斑聚焦光场呈三维空心焦斑分布，分布状态为：焦斑中心光场最低，甚至接近于零；以焦斑中心强度最低点为中心，沿各方向，强度先增大，后减小为零；其焦斑中心强度最低点处，与光轴垂直的平面内，光强度分布呈空心圆环状，其内径的半高全宽小于光学衍射极限0.5λ/NA，其中λ是入射波长，NA＝n0×sin(atan(Rlens/f))为超衍射三维空心焦斑平面聚焦器件的数值孔径，其中n0为出射方介质折射率，sin()和atan()分别为正弦函数和反正切函数，f为聚焦器件焦距。