[发明专利]超表面θ调制器件

说明书

一种整合了聚焦透镜和多色编码器的超表面θ调制器件。该超表面θ调制器件按照广义折射定律的相位梯度要求确定相位分布，利用几何相位调控原理精确排布，由不同旋转角度的介质的纳米柱及衬底构成，当入射圆偏振光垂直照射器件衬底时，该器件可将不同波长的出射光信息按空间方位记录到同一焦平面上，实现对景物的θ调制编码。本发明提供了小型超薄的高分辨高效率的介质型平面光学器件，可在小型显微镜、便携式望远镜、光谱分析等诸多领域有重要应用价值。

技术领域

本发明属于微纳光学和光学成像领域，涉及微光学器件、集成光学，特别是一种整合了聚焦透镜和多色编码器功能的超表面θ调制器件。

背景技术

光学θ调制在空域对图像调制，传统的θ调制编码多采用取向不同的光栅调制输入信息，可调制的角度少，分辨率受限，存在解码后图像还原质量不高，不同波长信息相互串扰等问题。光学超表面能够在纳米尺度下进行精准的光场调控，包括振幅调控、相位调控、偏振调控等等，具有设计自由度高、体积小和集成化程度高等优势。随着纳米制备技术的发展，光学超表面技术为光学成像技术带来了突破性的进步。

发明内容

本发明目的是为了产生多个θ角度调制的编码成像，提供了一种由不同旋转角度α介质的纳米柱及衬底构成的超表面θ调制器件。本发明将多色编码器的和聚焦透镜的整合到一起，以同时实现编码功能和聚焦功能。

本发明技术方案

整合了聚焦透镜和多色编码器的超表面θ调制器件，由介质的纳米柱及衬底构成，纳米柱的排布位置和旋转角度α按照该器件的相位分布和几何相位调控原理确定，该器件在直角坐标系下的相位分布为：

其中：λ是入射光波长，f是设计的焦距，是器件上任意一点到器件中心的距离，θ是调制角度，是调制的方位角。

所述的超表面θ调制器件，对入射光圆偏振光具有无色散的几何相位调控作用，出射交叉圆偏振光带有一个非连续相位调制：Φ＝±2α，该器件可将不同波长的出射光信息按空间方位记录到同一焦平面上，实现对景物的θ调制编码。

通过改变纳米柱长宽及衬底尺寸能够得到对不同波长响应的单元，将多个单元构成元胞组合成超表面θ调制器件，选择响应波长λ和调制角度θ，按照该器件的相位分布排布纳米柱的位置和旋转角度α，可实现多个θ角度的调制。

本发明的优点和积极效果：

本发明提供的超表面θ调制器件，当圆偏振光垂直从器件衬底入射时，对入射圆偏振光具有无色散的几何相位调控作用，出射交叉圆偏振光带有一个非连续相位调制：Φ＝±2α，该器件将不同波长的出射光信息按空间方位记录到同一焦平面上，实现对景物的θ调制编码。该器件同时整合了透镜的聚焦功能和多色编码器的编码功能，传统的多色编码器是光栅结构，分辨率和θ调制角度受限，采用超表面可提高分辨率并增加θ调制编码的维度。

附图说明

图1是超表面θ调制器件工作原理示意图。

图2是由介质的纳米柱和衬底构成的能够对交叉圆偏振光进行调制的、整合了聚焦透镜和多色编码器的超表面θ调制器件。其中：(a)是超表面θ调制器件基本单元的主视图；(b)是超表面θ调制器件基本单元的右视图；(c)是超表面θ调制器件基本单元的俯视图；(d)是超表面θ调制器件的完整俯视图。