[发明专利]一种偏振无关的超分辨超构透镜及其制造方法

权利要求书

1.一种偏振无关的超分辨超构透镜，其特征在于，包括聚焦层、超振荡层和基底层，所述聚焦层包括聚焦层圆形纳米柱结构单元，所述超振荡层包括超振荡层圆形纳米柱结构单元，所述超振荡层圆形纳米柱结构单元垂直分布于所述基底层的一侧平面，所述聚焦层圆形纳米柱结构单元垂直分布于所述基底层的另一侧平面，底面圆心位于基底层两侧平面相同X、Y位置处的所述聚焦层圆形纳米柱结构单元与所述超振荡层圆形纳米柱结构单元的轴线重合，所述聚焦层使入射光由平面波前变为汇聚波前以形成聚焦光束，所述超振荡层通过对入射光进行快速的相位振荡来激发超振荡光场以实现超衍聚焦。

2.如权利要求1所述的一种偏振无关的超分辨超构透镜，其特征在于，所述聚焦层目标位置所对应的目标相位由以下公式计算：

其中，λ为透镜工作波长，f为透镜的焦距，x、y为目标位置相对于透镜中心的坐标。

3.如权利要求1所述的一种偏振无关的超分辨超构透镜，其特征在于，所述超振荡层圆形纳米柱结构单元包括第一类结构单元和第二类结构单元，第一类结构单元与第二类结构单元相位差为π，以不同归一化半径跳变位置在基底层上呈同心环状分布。

4.如权利要求1或2所述的一种偏振无关的超分辨超构透镜，其特征在于，所述聚焦层圆形纳米柱结构单元在所述基底层上呈周期阵列、覆盖[0,2π]全相位，所述聚焦层圆形纳米柱结构单元中在所述目标位置提供的相位与所述目标相位一致。

5.一种偏振无关的超分辨超构透镜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:构建结构单元库，所述结构单元库包括若干圆形纳米柱结构单元，所述圆形纳米柱结构单元在三维坐标系XYZ的X、Y方向呈周期阵列，以高透射率和[0,2π]全相位覆盖为评判标准，以扫描优化的方式确定所述圆形纳米柱结构单元的结构单元参数组，所述结构单元参数组包括圆形纳米柱结构单元的高度与半径；

S2：构建聚焦层，所述聚焦层使入射光由平面波前变为汇聚波前以形成聚焦光束；

S3：构建超振荡层，所述超振荡层通过对入射光进行快速的相位振荡来激发超振荡光场，以此打破空间频率限制，形成超衍焦斑；

S4:构建超构透镜，将所述超振荡层、基底层、所述聚焦层依次级联，底面圆心位于基底层两侧平面相同X、Y位置处的聚焦层圆形纳米柱结构单元与超振荡层圆形纳米柱结构单元的轴线重合。

6.如权力要求5所述的一种偏振无关的超分辨超构透镜的制造方法，其特征在于，步骤S2中，构建聚焦层包括以下步骤：

S2.1：确定超构透镜目标位置对应的目标相位；

S2.2：选取所述结构单元库中符合所述目标相位的结构单元参数组对应的圆形纳米柱结构单元作为聚焦层圆形纳米柱结构单元；

S2.3：将步骤S2.2中所述的圆形纳米柱结构单元放置在所述目标位置上，该圆形纳米柱结构单元底面保持在同一平面上，构成聚焦层。

7.如权力要求5所述的一种偏振无关的超分辨超构透镜的制造方法，其特征在于，步骤S3中构建超振荡层包括以下步骤：

S3.1:选取所述结构单元库中相位相差为π的圆形纳米柱结构单元作为超振荡层圆形纳米柱结构单元，将所述圆形纳米柱结构单元呈同心环状放置，同一相位的圆形纳米柱结构单元放置于同一环带中，构成相位相差为π的第一类结构单元与第二类结构单元；

S3.2：以超衍射形成的超衍射焦斑的单一性能指标为目标函数，以超衍射性能为约束条件建立超振荡层优化模型，求解所述第一类结构单元的相位跳变位置与第二类结构单元的相位跳变位置；

S3.3：将所述第一类结构单元与第二类结构单元按照对应的跳变位置呈同心环状分布放置，所述超振荡圆形纳米柱结构单元底面保持在同一平面上，构成超振荡层。

8.如权力要求6所述的一种偏振无关的超分辨超构透镜的制造方法，其特征在于，步骤S2.1中，所述目标位置对应的所述目标相位在所述基底层上符合双曲相位分布，由以下公式计算：

其中，λ为透镜工作波长，f为透镜的焦距，x、y为目标位置相对于透镜中心的坐标。