[发明专利]基于相位非连续超表面产生艾里波束的透镜及方法

说明书

基于相位非连续超表面产生艾里波束的透镜及方法，涉及产生艾里波束的技术，为了解决现有艾里波束的激发器件体积大、难以集成，而且无法适用于X波段的问题。该透镜包括沿直线紧贴排布的多个结构单元；每个结构单元包括介质板和位于介质板上、下表面的金属环，2个金属环的尺寸相同，且2个金属环的中心均与介质板的中心重合，金属环设有1个缺口，2个金属环的缺口关于中心对称；多个结构单元分为多组，同1组结构单元的上表面金属环的缺口方向相同，间隔1组结构单元的2组结构单元的金属环的缺口方向相同，相邻组结构单元的金属环的缺口方向相差90°。本发明适用于产生艾里波束。

技术领域

本发明涉及产生艾里波束的技术。

背景技术

1979年Berry与Balazs在量子力学领域有重大发现：描述自由粒子的薛定谔方程具有无衍射艾里波束解。艾里波束最显著的特点是其在没有任何外力作用下具有自加速特性。同其它无衍射波束一样，艾里波束是一种在传播过程中强度空间分布保持不变的波束。近年来，艾里光束在等离子通道、微粒操控、光子弹、大气通信以及其他领域发挥着重要的作用。一般而言，艾里波束由空间光调制器SLM、专门设计的透镜系统、非线性方法、电子、等离子体、液晶、表面光栅、亚波长狭缝阵列或表面等离子体激元产生。然而，SLM或液晶的微尺寸像素限制了艾里波束的设计，因为需要庞大的光学系统。艾里波束的非线性生成和操作也需要经历相当长的晶体长度以产生足够的非线性效应。总之，现有艾里波束的激发器件体积大、难以集成，而且无法适用于X波段。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有艾里波束的激发器件体积大、难以集成，而且无法适用于X波段的问题，从而提供基于相位非连续超表面产生艾里波束的透镜及方法。

本发明所述的基于相位非连续超表面产生艾里波束的透镜，包括沿直线紧贴排布的多个结构单元；

每个结构单元包括介质板1和位于介质板1上、下表面的金属环2，2个金属环2的尺寸相同，且2个金属环2的中心均与介质板1的中心重合，金属环2设有1个缺口，2个金属环2的缺口关于中心对称；

多个结构单元分为多组，同1组结构单元的上表面金属环2的缺口方向相同，间隔1组结构单元的2组结构单元的金属环2的缺口方向相同，相邻组结构单元的金属环2的缺口方向相差90°。

优选的是，结构单元的厚度为2mm。

优选的是，每个结构单元还包括两个圆形金属贴片，2个金属环2的外层均同心设有圆形金属贴片，同1组结构单元的圆形金属贴片半径相同，通过改变不同组的圆形金属贴片的半径调制艾里波束的幅值。

优选的是，金属环2与金属贴片间具有空隙。

优选的是，金属环2与金属贴片间的空隙宽度为2mm。

优选的是，介质板1为正方形，边长为a，a的范围为5mm－7.5mm。

优选的是，金属环2的外径r₁为2.6mm，内径r₂为2.4mm。

优选的是，缺口的长度l最小为0.017a，缺口最大时金属环2为半圆。

本发明所述的基于相位非连续超表面产生艾里波束的方法，圆极化波垂直入射到所述透镜，透射波即为艾里波束。