[发明专利]简易且高成像质量的二维光子准晶平板透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维光子晶体平板透镜，具体涉及一种简易且高成像质量的二维光子准晶平板透镜。

背景技术

二维光子晶体（含二维周期光子晶体及二维光子准晶）平板透镜已是二维光子晶体应用领域的一个重要分支，因其不存在吸收且可使点源完美成像的优点而倍受关注。二维光子准晶平板透镜在其结构未作修正的情况下，其像质即可远优于修正的二维周期光子晶体透镜，亦必将激起科研工作者更广泛的研究兴趣。

作为纤维集成光学的微结构器件，二维光子准晶平板透镜的尺寸影响着集成光路的集成度高低。同时，对于成像微结构器件，改变其尺寸亦会影响其像质。另外，透镜中散射子数量的多少亦影响其制备的难易。现有制备工艺水平的限制，使得散射子数量不宜过多。也即，二维光子准晶所含散射子数量越少，则其制备出的平板透镜聚焦成像性能越不受制备工艺水平的限制。然而，现有理论分析及实验验证的二维光子准晶平板透镜的尺寸较大且其散射子数量较多。因此，在不影响成像质量的前提下，设计出极小尺寸且极少散射子数的简易二维光子准晶平板透镜是二维光子准晶应用研究亟待解决的问题。

发明内容

为了提高二维光子准晶平板透镜在纤维集成光学领域中的集成度，以及降低现有工艺水平对透镜制备的限制，本发明提供了一种最简易（极小尺寸且极少散射子数）的二维光子准晶平板透镜，即三散射子二维光子准晶平板透镜，且其对点源可成高质量像。

本发明的简易且高成像质量的二维光子准晶平板透镜为包含二维光子准晶结构中心处三个完整散射子的平板透镜，其中平板透镜中散射子半径r∈[0，0.353a]，a为晶格常数。

所述二维光子准晶为Penrose型光子准晶或二维周期光子晶体。

所述Penrose型光子准晶为二维八重Penrose型光子准晶、二维十重Penrose型光子准晶或二维十二重Penrose型光子准晶。

当r≤0.250a时，透镜取自二维八重光子准晶、二维十重光子准晶、二维十二重光子准晶或二维周期光子晶体。

当0.250a<r≤0.293a时，透镜取自二维八重光子准晶、二维十重光子准晶或二维周期光子晶体。

当0.293a<r≤0.353a时，透镜取自二维八重光子准晶或二维周期光子晶体。

所述二维周期光子晶体为二维正方晶格光子晶体或二维三角晶格光子晶体。

本发明的简易且高成像质量的二维光子准晶平板透镜为一种极小尺寸且极少散射子数的三散射子二维光子准晶平板透镜，可提高二维光子准晶平板透镜在纤维集成光学领域中的集成度，以及降低现有工艺水平对透镜制备的限制。

附图说明

图1为二维八重光子准晶结构；

图2为二维十重光子准晶结构；

图3为二维十二重光子准晶结构；

图4为三散射子平板透镜；

图5为锗柱基三散射子二维光子准晶平板透镜对点源的聚焦成像的等高线图；

图6为锗柱基三散射子二维光子准晶平板透镜对点源的聚焦成像的聚焦像面的强度图；

图7为锗柱基三散射子二维光子准晶平板透在散射子半径变化时对点源的镜像强I_p与散射子半径r的关系；

图8为锗柱基三散射子二维光子准晶平板透镜在散射子半径变化时对点源的最大像点半宽度系数η与散射子半径r的关系；

图9为锗柱基三散射子二维光子准晶平板透镜在散射子半径变化时对点源的物距与像距之和d_uv与散射子半径r的关系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步解释说明，但并不限定本发明的保护范围。

经典Penrose型光子准晶，即二维八重、十重、十二重Penrose型光子准晶的结构，如图1-3所示。在此，可在这三种结构中心处取出包含三个完整散射子的平板透镜，如图4。