[发明专利]傅里叶透镜、傅里叶透镜设计方法及纹影仪

说明书

本发明提供了一种傅里叶透镜、傅里叶透镜设计方法及纹影仪，涉及光学技术领域，该傅里叶透镜包括衬底和多个长方体波导，各个所述波导间隔预设间距平行排布在所述衬底上；所述衬底的材质和各个所述波导的材质在所述傅里叶透镜的工作波段均透明，所述预设间距小于所述工作波段的中心波长除以所述衬底的折射率的商；所述波导包括多种宽度，不同宽度的波导对应不同的相位延迟值，各个所述波导按照不同位置对应的相位延迟需求排布在所述衬底上。本发明提供的傅里叶透镜、傅里叶透镜设计方法及纹影仪，可以增大傅里叶透镜的工作角度范围。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其是涉及一种傅里叶透镜、傅里叶透镜设计方法及纹影仪。

背景技术

不同于传统成像透镜，傅里叶透镜可以在其频谱面上展现与入射光空间频率呈线性关系的强度分布，在空间光滤波、全息、信息处理、压缩感知、高分辨成像等诸多领域有重要应用。

傅里叶透镜对平行光输入在后焦面上光点的位置差称频谱畸变。为了保证频谱的准确分布，必须让傅里叶透镜能产生一个与谱点非线性误差大小相等符号相反的畸变值。如果不按常规对透镜进行像差校正，而保留适当的畸变，但消除透镜的球差和彗差，即要求出射光线满足正弦条件。由像差理论可知，当消除透镜球差和彗差时，必然剩余一定的畸变量。现有技术中采用连续性介质(例如玻璃或其他透明介质)的镜片，由镜片不同区域的不同厚度补偿该畸变量造成的像差。

由于现有技术是通过镜片不同区域的不同厚度来补偿傅里叶透镜的像差，这种设计本质依赖于光线在介质中传播所累积的相位差，属于几何光学的范畴，因而现有的傅里叶透镜的工作角度仍需满足傍轴条件(一般在30°以内)，工作角度范围小。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种傅里叶透镜、傅里叶透镜设计方法及纹影仪，以增大傅里叶透镜的工作角度范围。

第一方面，本发明实施例提供了一种傅里叶透镜，包括衬底和多个长方体波导，各个所述波导间隔预设间距平行排布在所述衬底上；所述衬底的材质和各个所述波导的材质在所述傅里叶透镜的工作波段均透明，所述预设间距小于所述工作波段的中心波长除以所述衬底的折射率的商；

所述波导包括多种宽度，不同宽度的波导对应不同的相位延迟值，各个所述波导按照不同位置对应的相位延迟需求排布在所述衬底上。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述衬底的材质包括玻璃、二氧化硅或氮化硅。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述波导的材质包括非晶硅、锗、二氧化钛或碲。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述衬底为玻璃衬底，所述波导为非晶硅波导；

所述预设间距为450nm；所述非晶硅波导包括8种宽度，分别为390nm、300nm、250nm、205nm、160nm、135nm、120nm和110nm。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，各个所述非晶硅波导的高度均为1.05μm，各个所述非晶硅波导的长度均大于或等于10μm。

第二方面，本发明实施例还提供一种傅里叶透镜设计方法，所述傅里叶透镜为如第一方面所述的傅里叶透镜，所述方法包括：

根据欲设计的傅里叶透镜的工作波段确定衬底的材质和波导的材质；

根据所述工作波段、所述衬底的材质和所述波导的材质进行电磁波模拟，确定所述波导的参数；其中，所述波导的参数包括：所述波导的高度、所述波导的多种宽度、相邻波导之间的预设间距；

根据所述傅里叶透镜的设计焦距和所述预设间距，确定多个所述波导在所述衬底上的排布位置；