[发明专利]实现横向多焦点聚焦的超构表面透镜及实现方法

摘要

本发明公开了一种实现横向多焦点聚焦的超构表面透镜及实现方法。通过将超构表面透镜进行亚波长正方形阵列单元分区；每个正方形单元进一步划分成尺寸更小的正方形像素单元。每个亚波长尺寸正方形单元内嵌套一个一定像素组成并有确定长宽比的狭缝。狭缝的方位角取向的二倍对应了该单元的相位调制值。相位调制值由两部分叠加组成，其中一部分相位值调制值产生沿径向发生变化的球面波；另一部分沿方位角方向发生变化的相位值调制值，由傅里叶变换相移定理决定。将确定好方位角取向的每个亚波长正方形单元内的狭缝制作成对应取向的二氧化钛长方体阵列超构表面透镜。用圆偏振光入射可以产生焦平面内的多焦点聚焦。

主权项

1.一种实现横向多焦点聚焦的超构表面透镜，其特征在于：通过下述步骤制作：(1)根据波长选择纳米天线阵列的材料，并根据波长确定亚波长尺寸正方形单元的边长尺寸；(2)将纳米天线阵列的材料表面划分成MxM个亚波长尺寸正方形单元，M为奇数；(3)在每个正方形单元中心内嵌一个狭缝，所述狭缝与正方形单元的横向边相平行；(4)以横向第(M+1)/2列上的纵向第(M+1)/2个正方形单元中心为坐标原点建立直角坐标系，以正方形单元所在平面为XY平面，所述坐标系的x轴与正方形单元的横向边相平行，以垂直正方形单元的轴为z轴；(5)以原点为中心构建一系列同心圆，将XY坐标平面划分成一系列同心环形区域；(6)再以x轴正向为方位角起始线，从坐标系原点作辐射状射线将同心环形区域等分为P个分区，P为偶数，每个分区再从坐标系原点作射线进一步划分成Q个中心角相等的子区域，Q与要产生的焦点数相等，每个分区的第i个子区域均对应第i个焦点；(7)将每个正方形单元内嵌套的狭缝旋转不同的角度，每个正方形单元的狭缝旋转的角度ψ₀＝ψ₁+ψ₂，其中，ψ₁为聚焦球面波产生焦距为f所需要的相位调制值的一半，这个值的大小由正方形单元中心点所在的环形区域半径大小决定；ψ₂为使产生的焦点在超构表面透镜焦平面内产生横向位移所需要的相位调制值的一半，所述横向位移是指焦点在纳米天线阵列的材料表面的投影相对于坐标系原点的位移；(8)根据计算出的各狭缝需要旋转的角度确定狭缝最终的角度，然后加工各正方形单元内的狭缝。