[发明专利]一种亚波长光子筛色散补偿装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种亚波长光子筛色散补偿装置及方法。

背景技术

2001年，德国L.Kipp教授在Nature期刊上发表文章，首次提出photon sieves的概念，后被译成“光子筛”，是一种衍射光学成像器件，它是用随机分布在透光环带上的小孔代替菲涅尔结构的透光环带而形成的。经过结构优化后，随机分布的小孔能有效地抑制次级和高级衍射，从而提高成像的对比度和分辨力，甚至可以打破传统衍射成像理论，实现超分辨力成像。此后，光子筛被国内、外学者大量研究，可广泛地应用于纳米光刻、天文观测、航空拍摄、武器视觉等领域。

但光子筛属衍射光学元件，对波长变化敏感，只适合单波长成像。如将光子筛用于可见光宽光谱成像，将会有严重的色散。Chung等人设计了双波长和多波长光子筛，将传统的光子筛进行区域分割，每个区域对应一个波长，这种结构的光子筛对波长的敏感性有所下降，但由于区域的分割，使得能量透过率本来就很低的光子筛更进一步损失能量，同时由于不同区域内光子筛的结构完全不同，给制造工艺带来不小的困难。考虑到衍射结构和折射结构色散性能的差异，国内外有人对二元光学元件进行了折衍混合设计，以达到消除色差的目的，但一直未见有人用于亚波长光子筛的消色差。直到2012年，中国科学院光电技术研究所的何渝等人发表论文，提出了光子筛与普通折射透镜相结合的混合结构来进行光子筛的消色差设计。

如图1所示，光子筛与普通折射透镜组合的色差补偿方案如图1所示，由(a)、(b)、(c)组成。其中，图(a)由入射光源(1-1)和亚波长光子筛(1-2)组成，对C光和F光的聚焦情况分别如图(1-3)和(1-4)所示，亚波长光子筛的色散只与入射光源(1-1)的波长有关；图(b)由入射光源(1-1)和普通折射透镜(1-5)组成，对C和F光的聚焦情况分别如图(1-3)和(1-4)所示，普通折射透镜的色散与玻璃材料有关；图(c)由入射光源(1-1)和亚波长光子筛与普通折射透镜组合(1-6)组成，对C光和F光聚焦在同一点，如图(1-7)所示。由于亚波长光子筛(1-2)是一种膜层结构的衍射光学元件，故可将其密接在普通平凸折射透镜(1-5)的一侧，在可见光谱范围内，亚波长光子筛的等效阿贝数为负数，而普通折射透镜的阿贝数为正数，即亚波长光子筛与普通折射透镜具有相反的色散特性，通过优化结构，可达到色散补偿的目的。

与单光子筛相比，亚波长光子筛与普通折射透镜组合而成的混合结构的成像光谱范围有所增大，色散校正范围仍然有限，这种结构只能对F光和C光进行校正，无法对D光进行色散校正，且二级光谱校正能力有限。

发明内容

本发明是为了解决上述不足，提供了一种亚波长光子筛色散补偿装置及方法。

本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种亚波长光子筛色散补偿装置，其特征在于：包括折射透镜一、折射透镜二和亚波长光子筛组成，折射透镜一、折射透镜二构成混合复消色差透镜组，所述折射透镜二置于折射透镜一和亚波长光子筛之间；所述亚波长光子筛是膜层结构；所述折射透镜一为负透镜，通常采用火石玻璃；所述折射透镜二为正透镜，通常采用冕玻璃。

一种亚波长光子筛色散补偿方法：包括以下步骤：

A、根据复消色差条件确定折射透镜一、折射透镜二和亚波长光子筛的光焦度(焦距)；