[发明专利]一种分辨率可调的超透镜阵列及实现方法

说明书

本发明公开了一种分辨率可调的超透镜阵列及实现方法，该超透镜阵列由石英基底与一层硅纳米柱超表面结构组合而成，能够实现在特定波长的线偏振光入射下实现三种分辨率的切换。该超透镜阵列主要包括两大部分：超构表面的设计和超构表面的制造。超构表面设计为偏振三通道的超透镜。超构表面的制造包括电子束曝光、剥离金属和电感耦合等离子体刻蚀工艺；将超构表面设计完成的超透镜阵列利用电子束曝光、剥离金属和电感耦合等离子体刻蚀工艺等完成制备。可以在入射光波长不变的情况下实现三种分辨率的转换，具有多功能、体积小、易加工等优点，可以实现动态分辨率的调控。

技术领域

本发明属于微纳光学技术领域，涉及一种分辨率可调的超透镜阵列技术及实现方法。

背景技术

传统的偏振成像系统和光场成像系统是分开的，而且其光学系统往往很复杂，加工精度要求高导致加工困难，笨重的体积使得器件难以集成。而随着智能设备的发展，光学系统的各类器件都向着微型化、集成化、多功能、高性能的方向发展。近年来，一种由亚波长尺寸和间隔的结构在二维平面内排列而成的超构表面被提出用来调控电磁波参量，通过合理地设计结构的形状、尺寸、位置和方向，超构表面可以实现光的相位、振幅、偏振和频率所有参量的任意调控，再加上超构表面超薄、超平的特点，将传统光学元件重新设计成轻薄化、多功能的新型元件，有望为减小光学系统复杂性给出新方案。

CN110244452A公开了一种消像差的液体介质超透镜，属于微纳光学成像领域。该超透镜包括：从上至下依次设置的上层超表面阵列、下表面镀有ITO导电层的上层超透镜石英基底、高分子聚合物层、上表面镀有ITO导电层的下层超透镜石英基底、下层超表面阵列；高分子聚合物层上附着有低介电常数液体介质，且高分子聚合物层与上层超透镜石英基底之间充满高介电常数液体介质。上层超表面阵列调节入射光波前，经过填充两种液体介质的间隙，形成聚焦所需的球面波，再由下层超表面阵列消除干扰波的影响并输出能够聚焦的透射光。通过外加电压的改变最终控制透射波的波前相位，弥补超表面原有不足，达到消像差的效果，构造了具有广泛应用前景与价值的超透镜光学系统。

目前国内外学者针对超构表面用于透镜聚焦做了一些探索，其中很多超构透镜都采用单一的聚焦模式，目前研究中偏振探测和成像中都是将超构表面作为单独元件，仍需要较大的空间光路，并未体现出超薄的特点。在实际使用中，需要更换单一分辨率的超透镜才能满足分辨率的变化，费时费力，也会引入不必要的误差。事实上，超构表面的主要优势之一就是对于偏振的亚波长调控，利用这一特点能对不同的入射偏振光进行调控，实现超透镜的偏振三通道功能，完成三种分辨率的动态切换，同时达到偏振检测的效果，进一步丰富功能，拓宽应用的场景，从而获得更多的信息与便利。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种分辨率可调的超透镜阵列技术，可以在入射光波长不变的情况下实现三种分辨率的转换，具有多功能、体积小、易加工等优点，可以实现动态分辨率的调控。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种分辨率可调的超透镜阵列及实现方法，该超透镜阵列由石英基底与一层硅纳米柱超表面结构组合而成，能够实现在特定波长的线偏振光入射下实现三种分辨率的切换。该超透镜阵列主要包括两大部分：超构表面的设计和超构表面的制造。超构表面设计为偏振三通道的超透镜，利用矩形纳米柱的三个结构自由度实现三套相位的编制，每一套相位对应一种聚焦情况，即一种分辨率，通过入射线偏振光和对出射光的检偏，可以实现三种分辨率的切换，达到激光光束系统滤光的作用。超构表面的制造包括电子束曝光、剥离金属和电感耦合等离子体刻蚀工艺；将超构表面设计完成的超透镜阵列利用电子束曝光、剥离金属和电感耦合等离子体刻蚀工艺等完成制备。

本发明提供的一种分辨率可调的超构透镜阵列实现方法中，通过将三套相位编制入纳米柱结构中，当不同的入射线偏振光与出射线偏振光组合时，得到三种不同的聚焦模式，从而实现三种分辨率的变换，达到变换分辨率的功能。

实现该方法的分辨率可调的超透镜阵列包括石英基底和超构透镜阵列，其中超构透镜阵列为硅纳米结构阵列。