[发明专利]一种宽带消色差全介质平面透镜的制作方法

权利要求书

1.一种宽带消色差全介质平面透镜的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据宽带消色差透镜的相位分布和透射式平板相位分布，得到宽带消色差透镜所需满足的等效折射率分布公式；

S2：对等效折射率分布公式求频率的偏导数，得到等效材料色散分布公式；

S3：确定消色差带宽范围，在介质材料中选择介质衬底材料、透镜结构材料；

S4：根据选择的介质衬底材料、透镜结构材料选择确定厚度的各种柱状结构单元并选定周期排列方式，计算每种柱状结构单元所对应的宽带光谱响应；

S5：根据宽带光谱响应及等效材料色散分布公式筛选出在所需消色差带宽范围内无等效材料色散的柱状结构单元，计算出每种柱状结构单元对应的等效折射率；

S6：根据得到等效折射率的范围确定所需消色差平面透镜半径R、透镜焦距f，选取适当的常数值α和β，对介质衬底上半径为R的圆形区域进行周期性取样，得到多个取样点；

S7：根据等效折射率分布公式计算得到每个取样点所需的等效折射率，将得到的等效折射率与步骤S5中得到的每种柱状结构单元对应的等效折射率作对比，得到每一取样点对应的柱状结构单元；

S8：根据得到的柱状结构单元，在介质衬底上排列出相同厚度的不同柱状介质结构，从而完成宽带消色差全介质平面透镜的制作；

其中，在所述步骤S1中，所述宽带消色差透镜的相位分布具体计算公式为：

所述透射式平板相位分布具体计算公式为：

所述等效折射率分布公式具体为：

其中，r为距离平面透镜中心距离，ω为入射光圆频率，f为平面透镜焦距，d为平面透镜厚度，α和β为常数；

在所述步骤S2中，等效材料色散分布公式具体为：

2.根据权利要求1所述的一种宽带消色差全介质平面透镜的制作方法，其特征在于：在所述步骤S3中，所述消色差带宽范围为连续带宽，且为宽带带宽，带宽范围大于100nm。

3.根据权利要求1所述的一种宽带消色差全介质平面透镜的制作方法，其特征在于：在所述步骤S3中，所述介质衬底材料、透镜结构材料为石英、氮化硅、二氧化钛、金刚石、二氧化硅或氮化镓。

4.根据权利要求1所述的一种宽带消色差全介质平面透镜的制作方法，其特征在于：在所述步骤S4中，所述的柱状结构单元厚度为0.2λ～3λ，即波长或亚波长量级，其中λ为消色差带宽的中心波长。

5.根据权利要求4所述的一种宽带消色差全介质平面透镜的制作方法，其特征在于：在所述步骤S4中，所述的柱状结构单元的俯视图为各种具有90°旋转对称性的平面图形。

6.根据权利要求1所述的一种宽带消色差全介质平面透镜的制作方法，其特征在于：在所述步骤S8中，所述的宽带消色差全介质平面透镜能在消色差带宽范围内将光聚焦在同一焦平面上。