[发明专利]一种焦距可控的闪耀型负折射光栅透镜及其设计方法

权利要求书

1.一种焦距可控的负折射闪耀光栅透镜的设计方法，其特征在于，所述透镜为柱对称结构，包括负折射光栅平凹镜和闪耀阶梯，所述负折射光栅平凹镜的入射面为圆平面，出射面为平滑斜面，所述负折射光栅平凹镜由若干介质折射率相同、高度相等、半径从内到外逐渐递增的同心环阶梯构成，所述闪耀阶梯由设于所述同心环阶梯的表面的环形棱锥构成，所述环形棱锥为旋转体结构；

所述方法包括如下步骤：

选择负折射光栅平凹镜的结构参数；

根据结构参数计算等效负折射利率；

根据等效负折射利率设计负折射光栅平凹镜的形貌结构；

确定环形棱锥的形貌结构；

将负折射光栅平凹镜与环形棱锥组合成透镜；

所述负折射光栅平凹镜的结构参数的选择方法包括如下步骤：

选择工作波长为λ₀，介质折射率为n，单层同心环阶梯高度为d_⊥，以及负折射光栅平凹镜预设焦距f；

所述环形棱锥的形貌结构设计方法包括如下步骤：

根据预设焦距f和所在的第K层环形阶梯高度z_k，确定第K层环形棱锥的高度d_k，以及该层闪耀夹角θ_k；

根据计算得到的同心环阶梯顶点的位置坐标r_k，确定第K层环形棱锥的宽度为w_k；

将此结构构建在与负折射光栅平凹镜相匹配的层级上，得到对特定波长定点聚焦的强聚焦的光栅。

2.根据权利要求1所述一种焦距可控的负折射闪耀光栅透镜的设计方法，其特征在于：所述等效负折射利率的计算方法包括如下步骤：

以入射光垂直入射为前提，根据工作波长λ₀，材料折射率n和单层同心环阶梯高度为d_⊥，得到等效的负折射率n_eff，等效负折射率由n_eff满足：

n_eff＝n-λ₀/d_⊥。

3.根据权利要求1所述一种焦距可控的负折射闪耀光栅透镜的设计方法，其特征在于：所述负折射光栅平凹镜的形貌结构设计方法包括如下步骤：

根据等效负折射率的大小，结合预设焦距；

通过设计负折射光栅平凹镜每一个同心环阶梯顶点的位置，得到能够对特定波长的电磁波实现预设焦距聚焦的负折射光栅平凹镜。

4.根据权利要求1所述一种焦距可控的负折射闪耀光栅透镜的设计方法，其特征在于：所述负折射光栅平凹镜同心环阶梯顶点的位置坐标r_k由下式决定：

其中z_k与k的关系为z₁＝d_⊥,z₂＝2d_⊥,z₃＝3d_⊥,...,z_k＝kd_⊥，每一个z_k都有与之对应的r_k：

其中，n₀表示真空折射率，z_k表示k层光栅的总高度，且z_k＝kd_⊥，k为大于零的整数，f为预设焦距，n_eff为负折射光栅平凹镜等效负折射率。

5.根据权利要求1所述一种焦距可控的负折射闪耀光栅透镜的设计方法，其特征在于：第K层环形棱锥宽度w_k为本级同心环阶梯顶点坐标r_k与下一级同心环阶梯顶点坐标r_k+1之差：

w_k＝r_k+1-r_k。