[发明专利]一种基于介质超表面的紧凑光学测量仪

权利要求书

1.一种基于介质超表面的紧凑光学测量仪，其特征在于，包括介质超表面和探测器阵列，所述探测器阵列位于介质超表面的焦距处；

所述介质超表面包括多个基本模块，相邻的基本模块相互接触；每个基本模块独立工作以获取入射到所述基本模块表面的待测光的偏振态和波前；

每个所述基本模块包括焦距相同的第一平面聚焦镜、第二平面聚焦镜、第三平面聚焦镜和第四平面聚焦镜；所述第一平面聚焦镜、第二平面聚焦镜、第三平面聚焦镜和第四平面聚焦镜按照从左至右、从上自下的顺序构成“田”字形平面结构；

所述第一平面聚焦镜用于将入射光中的水平线偏振分量汇聚到探测器阵列表面形成光斑；所述第二平面聚焦镜用于将入射光中的垂直线偏振分量汇聚到探测器阵列表面形成光斑；所述第三平面聚焦镜用于将入射光中的45度线偏振分量汇聚到探测器阵列表面形成光斑；所述第四平面聚焦镜用于将入射光中的左旋圆偏振分量汇聚到探测器阵列表面形成光斑，所述入射光通过四个平面聚焦镜在所述探测器阵列表面形成的四个光斑的强度可用于确定入射光的偏振态，以及所述四个光斑的位置可用于确定入射光的波前；

所述四个平面聚焦镜均由多个基础单元拼接构成，每个基础单元包括长方体状的石英基板和设于基板上的截面为椭圆的介质柱；

所述第一平面聚焦镜包括多个基础单元，相邻基础单元的基板相互接触，排列形成第一平面聚焦镜，所述第一平面聚焦镜的基础单元的介质柱截面椭圆的逆时针旋向角固定为0度；

所述第二平面聚焦镜通过将第一平面聚焦镜的基础单元的介质柱以轴向为中心沿顺时针或逆时针方向旋转90度获得；

所述第三平面聚焦镜通过将第一平面聚焦镜的基础单元的介质柱以轴向为中心沿逆时针方向旋转45度获得；

所述第四平面聚焦镜通过将第一平面聚焦镜的基础单元的介质柱以轴向为中心沿顺时针或逆时针方向旋转0～180度获得。

2.如权利要求1所述的紧凑光学测量仪，其特征在于，所述设于基板上的截面为椭圆的介质柱采用的介质材料为硅、锗、二氧化钛或硫化锌。

3.如权利要求2所述的紧凑光学测量仪，其特征在于，所述第四平面聚焦镜的基础单元的介质柱截面椭圆的长轴与短轴大小满足如下关系：

F(Bx,By)+F(By,Bx)＝0；

其中，Bx为第四平面聚焦镜的基础单元的介质柱截面椭圆长轴大小、By为第四平面聚焦镜的基础单元的介质柱截面椭圆短轴大小，F是指将第四平面聚焦镜介质柱截面椭圆的长、短轴大小映射到其对水平线偏振入射光所引入的调制相位上所得到映射关系。

4.如权利要求2所述的紧凑光学测量仪，其特征在于，所述第四平面聚焦镜基础单元介质柱截面椭圆的逆时针旋向角满足：

其中，(x,y)是第四平面聚焦镜上任意一点的坐标，θ(x,y)为点(x,y)位置处基础单元介质柱的逆时针旋向角，λ2为第四平面聚焦镜的工作波长，f2为第四平面聚焦镜的焦距大小，const为常数。

5.如权利要求3所述的紧凑光学测量仪，其特征在于，所述第一平面聚焦镜的基础单元的介质柱截面椭圆的长轴和短轴满足以下关系：

其中，Dx第一平面聚焦镜的基础单元介质柱截面椭圆的长轴大小、Dy为第一平面聚焦镜的基础单元介质柱截面椭圆的短轴大小，长轴在水平方向，短轴在垂直方向；λ1为第一平面聚焦镜的工作波长，(x，y)是第一平面聚焦镜上任意一点的坐标，f1为第一平面聚焦镜的焦距大小，const为常数，F^-1是所述映射关系F的逆映射。