[发明专利]一种轻型混合式超构红外镜头及其设计方法

权利要求书

1.一种轻型混合式超构红外镜头的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选择球面镜作为轻型混合式超构红外镜头的第一透镜，选择超构表面作为轻型混合式超构红外镜头的第二透镜；

S2、超构表面包括三种具有C4对称性的纳米柱，三种具有C4对称性的纳米柱作为三种超构原子，三种超构原子的尺寸不同，引起不同相位突变，三种超构原子包括圆环柱型超构原子、圆柱型超构原子和方柱型超构原子；

S3、确定一定尺寸范围内的三种超构原子相位突变与透过率信息以及第二透镜的相位轮廓，基于相位轮廓以及透过率要求对三种不同尺寸的超构原子进行匹配得到超构表面的结构放置信息；

S4、将若干三种超构原子阵列按结构放置信息放置于基底上，与第一透镜组合形成轻型混合式超构红外镜头。

2.根据权利要求1所述的轻型混合式超构红外镜头的设计方法，其特征在于，所述第一透镜的玻璃材料为锗材料，第二透镜的基底为氟化钡材料。

3.根据权利要求1所述的轻型混合式超构红外镜头的设计方法，其特征在于，圆环柱型超构原子内径R_in的范围为0.4μm～1.4μm，外径R_out的范围为1.6μm～2.6μm；圆柱型超构原子半径R的范围为0.5μm～2.5μm；方柱型超构原子边长a的范围为2μm～5.5μm。

4.根据权利要求1所述的轻型混合式超构红外镜头的设计方法，其特征在于，三种超构原子的高度H均为6.8μm。

5.根据权利要求1所述的轻型混合式超构红外镜头的设计方法，其特征在于，步骤S3中确定第二透镜的相位轮廓为：对第二透镜的相位轮廓进行多个采样点的数值提取以及多阶多项式拟合，得到第二透镜相位轮廓函数曲线表达式。

6.根据权利要求1所述的轻型混合式超构红外镜头的设计方法，其特征在于，对三种超构原子在周期性边界条件下扫描得到在设定变量范围内的相位突变结果和透过率分布。

7.根据权利要求5所述的轻型混合式超构红外镜头的设计方法，其特征在于，将函数曲线相位轮廓值和三种超构原子相位突变同时归于-π到π的范围，二者进行匹配即可完成超构表面的结构选择；在匹配过程中避开结构扫描产生共振时对应尺寸的结构，最终实现整个第二透镜范围内的结构覆盖。

8.根据权利要求1所述的轻型混合式超构红外镜头的设计方法，其特征在于，圆环柱型超构原子最低透过率设定为95％，相位误差精度为圆柱型超构原子最低透过率设定为90％，相位误差精度为方柱型超构原子最低透过率设定为81.5％，相位误差精度为

9.一种轻型混合式超构红外镜头，其特征在于，包括依次设置的第一透镜和第二透镜；

所述第一透镜为球面镜，所述第二透镜为超构表面；

所述超构表面包括基底和三种具有C4对称性的纳米柱；三种具有C4对称性的纳米柱作为三种超构原子，三种超构原子的尺寸不同，引起不同相位突变，三种超构原子包括圆环柱型超构原子、圆柱型超构原子和方柱型超构原子；

若干三种超构原子阵列按结构放置信息放置于基底上；

所述结构放置信息通过如下方式获得：确定一定尺寸范围内的三种超构原子相位突变与透过率信息以及第二透镜的相位轮廓，基于相位轮廓以及透过率要求对三种不同尺寸的超构原子进行匹配得到超构表面的结构放置信息。

10.根据权利要求9所述的轻型混合式超构红外镜头，其特征在于，确定第二透镜的相位轮廓为：对第二透镜的相位轮廓进行多个采样点的数值提取以及多阶多项式拟合，得到第二透镜相位轮廓函数曲线表达式；

对三种超构原子在周期性边界条件下扫描得到在设定变量范围内的相位突变结果和透过率分布；

将函数曲线相位轮廓值和三种超构原子相位突变同时归于-π到π的范围，二者进行匹配即可完成超构表面的结构选择；在匹配过程中避开结构扫描产生共振时对应尺寸的结构，最终实现整个第二透镜范围内的结构覆盖。