[发明专利]一种基于单层金属狭缝结构阵列的连续振幅调控超振荡聚焦透镜

说明书

技术领域

本发明属于光聚焦、光成像领域，特别是涉及连续振幅调控超振荡聚焦透镜。

背景技术

在微纳光学器件中，通常采用的二值振幅调控往往不能实现最优性能，大大限制了超振荡聚焦透镜的设计。亚波长结构阵列可以用来实现对入射电磁波的振幅进行连续调控。相对于二值振幅调控，采用连续振幅调控可以提高超振荡聚焦透镜的设计自由度、改善超振荡聚焦透镜的聚焦性能，如：提高聚焦能量、降低聚焦光场的旁瓣、扩大聚焦光场的视场范围等。

目前尚无通过微结构实现振幅连续调控的相关报道，目前报道最多的仍是基于狭缝的二值振幅调控(即振幅透射率为0或者1)。

(1)对于振幅的调控，目前主要是通过狭缝或者小孔实现简单的透光和不透光两种模式的控制，开口(孔或狭缝)的地方透光，不开口(孔或狭缝)的地方不透光，也就是二值(0或1)振幅调控；相关文献有：

●T.Liu,J.Tan,J.Liu,and H.Wang,“Vectorial design of super-oscillatory lens,”Opt.Express,Vol.21,pp.15090-15101(2013).

●E.T.F.Rogers,J.Lindberg,T.Roy,S.Savo,J.E.Chad,M.R.Dennis,and N.I.Zheludev,“A super-oscillatory lens optical microscope for subwavelength imaging,”Nat.Mater.Vol.11,pp.432-435(2012).

●V.V.Kotlyar,S.S.Stafeev,Y.Liu,L.O’Faolain,and A.A.Kovalev,“Analysis of the shape of a subwavelength focal spot for the linearly polarized light,”Appl.Opt.Vol.52,pp.330-339(2013).

(2)根据现有的二值(0或1)振幅调控超振荡透镜的聚焦性能来看，分两种情况，一是焦斑附近旁瓣很大(如文献：E.T.F.Rogers,J.Lindberg,T.Roy,S.Savo,J.E.Chad,M.R.Dennis,and N.I.Zheludev,“A super-oscillatory lens optical microscope for subwavelength imaging,”Nat.Mater.Vol.11,pp.432-435(2012).)，二是通过把大的旁瓣外推，在主瓣半宽为0.48λ的情况下，有效视场为(-90λ,+90λ)(如文献：Edward T F Rogers and Nikolay I Zheludev，“Optical super-oscillations:sub-wavelength light focusing and super-resolution imaging”J.Opt.15,pp.094008(2013))。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于单层金属狭缝结构阵列的连续振幅调控超振荡聚焦透镜，其采用连续振幅调控的金属狭缝结构单元，该金属狭缝结构单元狭缝宽度决定了光振幅透射率，通过改变狭缝宽度可以实现振幅连续调控；利用该金属狭缝结构单元形成空间平面阵列，实现任意给定的光振幅空间分布；采用金属狭缝结构阵列，使其出射光场满足超振荡聚焦透镜对空间振幅分布的要求，从而提高超振荡聚焦透镜的聚焦性能，提高聚焦能量、降低聚焦光场的旁瓣、扩大聚焦光场的视场范围。

本发明通过以下技术方案来加以实现：

一种基于单层金属狭缝结构阵列的连续振幅调控超振荡聚焦透镜，包括基底、金属膜层、狭缝结构单元。

所述基底是一块具有一定厚度的介质材料，对入射光波长λ透明，具有较高的透射率。

所述金属膜层是位于基底上一层具有一定厚度t₂的金属材料膜。

所述狭缝结构单元是在长度为L、宽度为a金属膜层上刻出的长度为l(小于或等于L)、宽度为w(小于或等于a)的狭缝，狭缝的深度与金属膜层厚度t₂相同；对于给定的入射光波长λ、金属材料和金属膜层厚度t₂，通过改变狭缝宽度w来控制狭缝出射幅振幅A(w)，进而实现对透射振幅的连续调控。