[发明专利]一种基于超表面的电可调卡塞格林反射系统

说明书

本发明公开了一种基于超表面的电可调卡塞格林反射系统，包括主镜和辅镜；辅镜包括：柔性振膜、第一金属反射层和电极；第一金属反射层位于柔性振膜上方，用于将经主镜反射到所述辅镜上的入射光进行反射聚焦；电极连接在辅镜的柔性振膜与主镜之间；柔性振膜在电极间电压的调节下弯曲，通过改变辅镜与主镜间的的距离调整聚焦点位置；主镜包括第二金属反射层、介质层和主镜超表面功能单元图案；主镜超表面功能单元图案满足主镜相位分布，以将外来的入射光反射到反射系统辅镜上，并经反射系统辅镜进行反射聚焦；本发明通过第一金属反射层上下移动，改变反射光经发射式超表面主镜上的透光孔后的聚焦位置，使卡塞格林反射系统的装调更加灵活。

技术领域

本发明属于卡塞格林反射系统领域，更具体地，涉及一种基于超表面的电可调卡塞格林反射系统。

背景技术

卡塞格林系统由一个透镜、两个反射镜组成，有着大口径、长焦距、多波段的特点。在卡塞格林望远镜焦点处可以安置较大的终端设备，并不挡光。对于一个兼具有主焦点系统、卡塞格林系统和折轴系统的望远镜，卡塞格林望远镜的相对口径是中等的，它适用于作中等光力、较大比例尺的照相和其他工作，如较大的分光观测、直接照相、像增强照相、红外观测以及多传感光电系统光轴的校正等。传统的系统由主镜和辅镜构成，外界光依次经过主镜和辅镜的反射后可实现聚焦于成像。传统的卡塞格林反射式望远镜主镜为凹面反射镜，辅镜为凸面反射镜。传统的卡塞格林反射式望远镜的成功实施需要精心地设计其中的曲面反射镜，通过曲面反射镜表面连续的几何曲率变化来实现理想的相位调谐和波前整形。

因此，获得高质量的两反射系统对镜面的研磨、抛光等制备工艺要求十分严格，加工速度慢且成本高昂。此外，用于天文观测的望远镜，其性能与口径尺寸密切相关，大口径望远镜能更好地收集来自遥远星体传来的微弱信号，这进一步加大了制备成本与难度。另一方面，传统卡塞格林反射式望远镜主镜与辅镜焦距固定，这限制了望远镜的放大倍数，加大了装调难度，为实际观测带来了不便。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于超表面的电可调卡塞格林反射系统，旨在解决传统的卡塞格林反射式望远镜系统的焦距不可调导致装调不方便的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于超表面的电可调卡塞格林反射系统，包括主镜和辅镜，辅镜位于主镜反射光传播方向的正上方，辅镜包括：柔性振膜、第一金属反射层和电极；第一金属反射层位于柔性振膜上方，用于将经主镜反射到所述辅镜上的入射光进行反射聚焦；电极连接在辅镜的柔性振膜与主镜之间；柔性振膜在电极间电压的调节下弯曲，通过改变辅镜与主镜间的的距离调整聚焦点位置。

优选地，柔性振膜为氮化硅；第一金属反射层为Au。

主镜包括第二金属反射层、介质层和主镜超表面功能单元图案；

介质层位于第二金属反射层上方，介质层上设置有主镜超表面功能单元图案；主镜超表面功能单元图案满足主镜相位分布，以将外来的入射光反射到反射系统辅镜上，并经反射系统辅镜进行反射聚焦；

主镜超表面功能结构位于设定环形区域内，其包括多个主镜超表面功能单元，主镜超表面功能单元包括各向异性的主镜亚波长结构，主镜亚波长结构引入的相位满足所述主镜相位分布；设定环形区域围成一透光孔，经反射系统辅镜反射的光透所述透光孔进行聚焦。

优选地，主镜相位分布根据第二设定参数和射线光学及广义的反射定律确定。

优选地，主镜相位分布不同对应主镜亚波长结构的方位角不同。

优选地，电极的正电极连接主镜的介电层，其负电极连接辅镜的柔性振膜；

或电极的正电极连接辅镜的柔性振膜，其负电极连接主镜的介电层。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：