[发明专利]一种波长偏振态复用红外超透镜及其构造方法

说明书

本发明提供了一种波长偏振态复用红外超透镜及其构造方法，包括：基底层以及设置于所述基底层上的若干纳米单元，各个所述纳米单元在正交偏振态方向上的尺寸不同，不同尺寸的各个所述纳米单元对应的目标出射光相位满足预设的相位分布，以实现所述红外超透镜对不同波长和不同偏振态的红外入射光的衍射共聚焦。本发明根据预设的相位分布选择合适尺寸的纳米单元组成红外超透镜，使构造出的红外超透镜可以对不同波长和不同偏振态的红外入射光实现衍射共聚焦，在激光手术、工业切割、红外成像等领域有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及的是一种波长偏振态复用红外超透镜及其构造方法。

背景技术

超表面由二维排列的亚波长微元结构组成，在各种平面光学器件中，超表面由于能对光波的振幅、相位、偏振态、波长等特征分量进行调控，而被用于各种具有特定功能的器件。

现有超表面从功能实现方式上可划分为波长复用型超表面和偏振态复用型超表面，但现有超表面通常集中在可见光波段，且是波长单独复用或者偏振态单独复用，现有还没有红外波段的波长偏振态同时复用的超表面。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种波长偏振态复用红外超透镜及其构造方法，克服现有没有红外波段的波长偏振态同时复用的超表面的缺陷。

本发明所公开的第一实施例为一种波长偏振态复用红外超透镜，其中，包括：基底层以及设置于所述基底层上的若干纳米单元，各个所述纳米单元在正交偏振态方向上的尺寸不同，不同尺寸的各个所述纳米单元对应的目标出射光相位满足预设的相位分布，以实现所述红外超透镜对不同波长和不同偏振态的红外入射光的衍射共聚焦。

所述的波长偏振态复用红外超透镜，其中，各个所述纳米单元在正交偏振态方向上的尺寸由预先确定的相位分布关系图和预先构建的评价函数确定，所述相位分布关系图为各个所述纳米单元在正交偏振态方向上的尺寸和各个所述纳米单元对应的实际出射光相位的映射关系图，所述评价函数为各个所述纳米单元对应的目标出射光相位和各个所述纳米单元对应的实际出射光相位的对应关系式。

所述的波长偏振态复用红外超透镜，其中，所述基底层包括若干基底单元，若干所述基底单元与若干所述纳米单元一一对应，各个所述纳米单元设置于各个所述纳米单元对应的基底单元的中心位置。

所述的波长偏振态复用红外超透镜，其中，所述基底层的材料为硅、玻璃、二氟化镁和二氟化钡中的任意一种，若干所述纳米单元的材料为硅、锗或二氧化钛中的任意一种。

所述的波长偏振态复用红外超透镜，其中，各个所述基底单元的横截面形状为正方形、长方形或六角形，各个所述基底单元的横截面的各边长度为0.5～1000μm；各个所述纳米单元的横截面形状为矩形、椭圆形或圆形，所述矩形的长和宽为0.1～700μm，所述椭圆形的长轴和短轴长度为0.1～700μm，所述圆形的直径为0.1～700μm。

所述的波长偏振态复用红外超透镜，其中，各个所述纳米单元的横截面尺寸与其对应的基底单元的横截面尺寸的比值为0.2～0.7；各个所述纳米单元在其对应的基底单元上的旋转角为0～360度。

所述的波长偏振态复用红外超透镜，其中，所述相位分布公式为：

其中，x和y为纳米单元在基底层平面的位置坐标，f为焦距，m＝1或2，λ₁为待衍射聚焦的第一偏振态的红外光对应的第一目标波长，λ₂为待衍射聚焦的第二偏振态的红外光对应的第二目标波长，为在第一偏振态和第一目标波长的红外光照射下，各个所述纳米单元对应的第一目标出射光相位，为在第二偏振态和第二目标波长的红外光照射下，各个所述纳米单元对应的第二目标出射光相位。

所述的波长偏振态复用红外超透镜，其中，所述评价函数为：