[发明专利]柔性遥感卫星光学镜片及其制作方法

说明书

本发明提供一种柔性遥感卫星光学镜片，包括柔性衬底和设于柔性衬底的至少一个表面上的微纳结构超表面，所述微纳结构超表面为微纳结构单元的周期性阵列，不同的微纳结构单元具有相同的高度、相同的指向角度和不同的横截面尺寸，各微纳结构单元的横截面尺寸根据所需的电磁波通过各微纳结构单元后的相位累积以及电磁波通过微纳结构单元的相位累积与微纳结构单元的横截面尺寸的对应关系相应确定。本发明还提供该遥感卫星光学镜片的制作方法。本发明的遥感卫星光学镜片不仅能实现光学聚焦功能，还能折叠运输、使用时展开，以满足遥感卫星光学镜片的大口径和轻量化需求。

技术领域

本发明属于微纳光学及光学成像领域，尤其涉及一种柔性遥感卫星光学镜片及其制作方法。

背景技术

遥感卫星是国家的重大需求，在国家的社会经济发展和国防安全领域中发挥着显著作用，广泛应用于气象、灾害监测、资源勘探、军事侦察、导弹预警、武器制导和军事测绘。遥感卫星搭载的光学系统是实现高质量遥感成像的关键。大口径且轻量化的遥感卫星光学镜片是国际前沿科技竞争的热点。

当前遥感卫星光学系统基于传统的反射式和折射式光学镜片，为了优化成像质量，同时满足光学系统的视场和像差等条件，采用了多个镜片构成的复杂镜片组，具有体积大、重量大的显著缺点。究其根源，在于传统折反式光学镜片的原理性限制。传统折射和反射成像方法建立在几何光学的基础上，光学镜片对光线传播的调制过程可用角度、方向矢量、距离等几何量来表达和计算。在这种严格的几何关系限制下，传统光学成像必须依赖光学镜片的表面形状和光学材料，导致光学镜片设计自由度低且体积大，无法满足遥感卫星光学系统轻量化的发展要求。

此外，遥感卫星的高分辨率成像要求光学镜片的口径尽可能大，但是大口径的光学镜片会加重卫星运载负荷，当前的基于传统折反式光学镜片的方案无法解决这一矛盾。

微纳结构超表面，指亚波长光学散射结构在界面上构成的二维阵列，具有特殊的电磁特性和优异的界面操控能力。微纳结构超表面是微纳光学领域前沿的研究方向，尚未被遥感卫星光学系统所利用。目前对于微纳结构超表面构造光学镜片的研究集中在可见光和近红外波段，尚未开展针对遥感卫星的工作波段(中红外波段)的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性遥感卫星光学镜片及其制作方法，以满足遥感卫星光学镜片的大口径和轻量化需求，解决当前遥感卫星光学镜片体积大、重量大、口径受限的问题，实现镜片的折叠运输。

为了实现上述目的，本发明提供一种柔性遥感卫星光学镜片，包括柔性衬底和设于所述柔性衬底的至少一个表面上的微纳结构超表面，所述微纳结构超表面为微纳结构单元的周期性阵列，不同的微纳结构单元具有相同的高度、相同的指向角度和不同的横截面尺寸，各微纳结构单元的横截面尺寸根据所需的电磁波通过各微纳结构单元后的相位累积以及电磁波通过微纳结构单元的相位累积与微纳结构单元的横截面尺寸的对应关系相应确定。

所述微纳结构单元仅仅设置于所述柔性衬底的反面，电磁波经过所述柔性遥感卫星光学镜片的反面的各微纳结构单元后的相位累积满足相位分布：

其中，r为微纳结构单元在所述柔性遥感卫星光学镜片上的空间位置坐标，λ为工作波长，f为所述柔性遥感卫星光学镜片的焦距。

所述微纳结构单元设置于所述柔性衬底的正反两面，以形成所述柔性遥感卫星光学镜片的正面和反面，电磁波经过所述柔性遥感卫星光学镜片的反面的各微纳结构单元后的相位累积满足相位分布：

其中，λ为工作波长，f为所述柔性遥感卫星光学镜片的焦距，R_F为所述柔性遥感卫星光学镜片的反面的半径，r为所述柔性遥感卫星光学镜片的反面的各微纳结构单元的空间位置坐标，N为校正项数目，b_n为反面校正系数；

且电磁波经过所述柔性遥感卫星光学镜片的正面的各微纳结构单元后的相位累积满足如下相位分布：