CN116520463B 超表面透镜的构造方法、超表面透镜 （中国科学院微电子研究所）

根据超表面透镜的表面的空间位置和光谱相位的理想分布关系确定理想状态下工作于目标波段和目标焦距的超表面透镜的表面任意空间位元能提供的最低频相位和相位色散对结构单元2建立结构单元库，所述结构单元库包括多种结构单元，所述结构单根据超表面透镜的表面的空间位置和光谱相位的理想分布关系确定理想状态下工作对所述结构单元库中的每个结构单元进行仿真，并提取得到每个遍历超表面透镜的表面每个空间位置，根据每个结构单元能提供的标结构单元的最低频相位和相位色散相对于理想状态下所述空间位置处的最低频相位和将所有目标结构单元各自摆放至对应的空间位置上，完成超表面2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述目标波段为中波红外波段3_5μm的情况布关系确定理想状态下工作于目标波段和目标焦距的超表面透镜的表面任意空间位置处根据所述理想分布关系，利用目标波段内不同的采样波长确定多组相位补对应的超表面透镜的表面不同空间位置处的最根据每组相位补偿参数对应的不同空间位置处的最佳结构单元确定每组相位补偿参根据每组相位补偿参数对应的品质因数确定多组相位补偿参数中的最优参数，其中，所述最优参数用于确定理想状态下工作于目标波段和目标焦距的超表面透镜的表面任意表面透镜的表面各空间位置处或各结构单元在所述目标波段内的最高频入射光的相位与3所述超表面透镜的各结构单元的衬底相接且呈周4中波红外以及长波红外成像系统的研发具有统中的聚焦元件大都具有色散效应，传统的折射件的色差不能通过不同材料级联的方式消除，因为衍射器件色散的起因与材料属性无关，5[0009]根据超表面透镜的表面的空间位置和光谱相位的理想分布关系确定理想状态下工作于目标波段和目标焦距的超表面透镜的表面任意空间位置处的最低频相位和相位色构单元的最低频相位和相位色散相对于理想状态下空间位置处的最低频相位和相位色散定理想状态下工作于目标波段和目标焦距的超表面透镜的表面任意空间位置处的最低频对应的超表面透镜的表面不同空间位置处的最[0018]根据每组相位补偿参数对应的不同空间位置处的最佳结构单元确定每组相位补各结构单元在目标波段内的最高频入射光的相位与最低频仿真软件对每个结构单元进行仿真，得到每个结构单元在目标波段的透射率和相位信息，6度为2.5_3.4μm，在目标波段内各波长下的平均焦距相比于目标焦距的偏移为2.67_4.67或者[0033]图3示出了根据本发明实施例提供的目标波段为中波红外波段3_5μm时的结构单[0034]图4示出了根据本发明实施例提供的目标波段为长波红外波段8_14μm时的结构单[0036]图6示出了根据本发明实施例提供不同波长下的入射光经超表面透镜后的远场x_[0037]图7示出了根据本发明实施例提供的不同波长下的入射光经超标表面透镜后的焦[0038]图8示出了根据本发明实施例提供的不同波长下的入射光在z轴上归一化电场分[0039]图9示出了根据本发明实施例提供的不同数值孔径的超表面透镜的焦距随入射光7[0040]图10示出了根据跟发明实施[0041]图11示出了根据本发明另一实施例提供的不同波长下的入射光经超表面透镜后[0042]图12示出了根据本发明另一实施例提供的不同波长下的入射光经超标表面透镜[0043]图13示出了根据本发明另一实施例提供的不同波长下的入射光在z轴上归一化电[0044]图14示出了根据本发明另一实施例提供的不同数值孔径的超表面透镜的焦距随[0045]图15示出了根据本发明超表面透镜在入射光为x偏振和y偏振时的实现光波的异常反射与异常折射,甚至光场的任意调控，被认为是继第一代折反射光学元[0048]通过电磁波在传输过程中产生的光程差来实现相位调控的超表面称为传输相位[0051]图1示出了根据本发明实施例提供的超表面透镜的构造方法，包括操作S1_操作8想状态下工作于目标波段和目标焦距的超表面透镜的表面任意空间位置处的最低频相位张图中绘制超表面透镜各位置处所需的相位一相位色散散点图和结构单元所能提供的相9想分布关系确定理想状态下工作于目标波段和目标焦距的超表面透镜的表面任意空间位偿参数分别对应的超表面透镜的表面不同空间位置[0069]在操作S22，根据每组相位补偿参数对应的不同空间位置处的最佳结构单元确定[0070]在操作S23，根据每组相位补偿参数对应的品质因数确定多组相位补偿参数中的[0074]根据本发明的实施例，目标波段范围内不同角频率ω的入射光在透镜r＝r0位置[0078]ω2为目标波段内最高角频率，相位色散ΔΦ为工作波段内最高频相位与最低频别对应的超表面透镜的表面不同空间位置处的最佳结构单元的具体步骤包括操作S221_操结构单元在目标波段内的最高频入射光的相位与最低频入射光取品质因数的最小值所对应的超表面透镜参数提取得到每个结构单元所能提供的最低频相位和相位各结构单元在目标波段内的最高频入射光的相位与最低频目标波段内各波长下的焦距相对于平均焦距的最大偏移为2.48％_5.02焦点尺寸接近[0098]图6示出了根据本发明实施例提供的不同波长下的入射光经超表面透镜后的远场[0100]图7示出了根据本发明实施例提供的不同波长下的入射光经超标表面透镜后的焦[0102]图8示出了根据本发明实施例提供的不同波长下的入射光在z轴上归一化电场分的峰值所对应的Z轴坐标几乎一致，即目标波段的不同频率的入射光能够聚焦到同一焦平[0105]图9示出了根据本发明实施例提供的不同数值孔径的超表面透镜的焦距随入射光移为4.04平均偏移为2.51平均焦距相比设计焦距(目标焦距)偏差为2.67NA=0.22时，各波长下焦距相对于平均焦距的最大偏移为7.65平均偏移为2.28平均焦距相比设计焦距偏差为4.40NA＝0.24时，各波长下焦距相对于平均焦距的最大偏移为7.22平均偏移为3.65平均焦距相比设计焦距偏差为3NA＝0.32时，各波长下焦距相对于平均焦距的最大偏移为6.37平均偏移为2.10平均焦距相比设计焦距偏差为[0108]图10示出了根据跟发明实施[0114]图11示出了根据本发明另一实施例提供的不同波长下的入射光经超表面透镜后表面透镜后的远场X_Z面的焦斑光场分布图，可以看出不同频率的入射光聚焦后的焦点基[0116]图12示出了根据本发明另一实施例提供的不同波长下的入射光经超标表面透镜[0118]图13示出了根据本发明另一实施例提供的不同波长下的入射光在z轴上归一化电的电场强度的峰值所对应的Z轴坐标几乎一致，即目标波段的不同频率的入射光能够聚焦[0121]图14示出了根据本发明另一实施例提供的不同数值孔径的超表面透镜的焦距随为2.88NA＝0.55时，各波长下焦距相对于平均焦距的最大偏移为3.05平均偏移为1.58NA＝0.71时，各波长下焦距相对于平均焦距的最大偏移为2.48平均偏移为[0124]图15示出了根据本发明超表面透镜在入射光为x偏振和y偏振时的[0126]本发明实施例提供的超表面透镜基于单片超表面实现连续波段内的宽光谱消色