[发明专利]一种全空间焦点可调超构透镜的设计方法

权利要求书

1.一种全空间焦点可调超构透镜的设计方法，其特征在于，全空间焦点可调超构透镜包括：第一超构表面、第二超构表面以及第三超构表面，所述第一超构表面、所述第二超构表面以及所述第三超构表面均由基底层和设置于所述基底层上的若干纳米天线组成，所述第一超构表面的各个纳米天线对应的出射波相位满足公式：，所述第二超构表面的各个纳米天线对应的出射波相位满足公式：

，所述第三超构表面的各个纳米天线对应的出射波相位满足公式：，其中，和为常数，和为第一超构表面的各个纳米天线对应的第一平面坐标，和为第二超构表面的各个纳米天线对应的第二平面坐标，和为第三超构表面的各个纳米天线对应的第三平面坐标，和为柱坐标系下的角，，；

所述第一超构表面的若干纳米天线呈周期性排列，所述第一超构表面的若干纳米天线的尺寸不同；

所述第二超构表面的若干纳米天线呈周期性排列，所述第二超构表面的若干纳米天线的尺寸不同；

所述第三超构表面的若干纳米天线呈周期性排列，所述第三超构表面的若干纳米天线的尺寸不同；

所述第一超构表面的若干纳米天线的长轴与其对应的基底层垂直，所述第二超构表面的若干纳米天线的长轴与其对应的基底层垂直，所述第三超构表面的若干纳米天线的长轴与其对应的基底层垂直；

所述第二超构表面设置于所述第一超构表面和所述第三超构表面之间，且所述第一超构表面的若干纳米天线和所述第三超构表面的若干纳米天线相对设置，所述第二超构表面的若干纳米天线与所述第一超构表面的若干纳米天线或所述第三超构表面的若干纳米天线相对设置；

所述若干纳米天线为圆柱形；

所述基底层的材质为二氧化硅，所述若干纳米天线的材质为二氧化钛、氮化镓和硅中的一种或多种,所述设计方法包括：

获取预先确定的所述第一超构表面的各个纳米天线对应的第一平面坐标、所述第二超构表面的各个纳米天线对应的第二平面坐标以及所述第三超构表面的各个纳米天线对应的第三平面坐标，根据所述第一平面坐标、所述第二平面坐标以及所述第三平面坐标，确定所述第一超构表面的各个纳米天线、所述第二超构表面的各个纳米天线以及所述第三超构表面的各个纳米天线对应的出射波相位；其中，所述第一超构表面的各个纳米天线对应的出射波相位满足公式：，所述第二超构表面的各个纳米天线对应的出射波相位满足公式：，所述第三超构表面的各个纳米天线对应的出射波相位满足公式：，其中，和为常数，和为第一超构表面的各个纳米天线对应的第一平面坐标，和为第二超构表面的各个纳米天线对应的第二平面坐标，和为第三超构表面的各个纳米天线对应的第三平面坐标，和为柱坐标系下的角度，，；

根据所述第一超构表面的各个纳米天线、所述第二超构表面的各个纳米天线以及所述第三超构表面的各个纳米天线对应的出射波相位以及预先确定的天线半径与出射波相位的对应关系，确定所述第一超构表面的各个纳米天线对应的第一天线半径、所述第二超构表面的各个纳米天线对应的第二天线半径以及所述第三超构表面的各个纳米天线对应的第三天线半径；

根据所述第一天线半径、所述第一平面坐标、所述第二天线半径、所述第二平面坐标、所述第三天线半径以及所述第三平面坐标，设计所述全空间焦点可调超构透镜；

所述天线半径与出射波相位的对应关系的确定方法包括：

将预设频率的波由不同半径的纳米天线组成的第四超构表面出射，获得不同半径的纳米天线对应的出射波相位；

根据不同半径的纳米天线及其对应的出射波相位，确定天线半径与出射波相位的对应关系；

超构透镜的入射波的相位变化范围为从-π到π。