[发明专利]基于超透镜的小F数大景深镜头的设计方法及应用

权利要求书

1.一种基于超透镜的小F数大景深镜头的设计方法，其特征在于，用于监控系统，同时实现高分辨率和大景深；镜头为平面结构，包括上下两部分，上部分由遵循成像相位规律的亚波长周期性规则排布的纳米介质柱构成；下部分为介质基底；纳米介质柱的折射率大于介质基底的折射率；所述周期性规则排布的纳米介质柱，其周期为p，p的尺寸在亚波长量级，即小于设计波长λ，纳米介质柱的直径为d，改变介质柱的直径d可改变周期性单元结构的远场振幅和相位；增大介质柱高度t，使得介质柱直径d在小于周期p内变化的过程中，在远场实现0～2π的相位分布；

为了实现无球差聚焦和成像效果，所述镜头远场的相位分布满足：

其中，x，y为超透镜单元在超透镜上相对于超透镜中心的位置坐标，f为超透镜的焦距，λ为超透镜的设计波长；

设计时，通过数值仿真算法计算不同介质柱直径d下的远场振幅E和相位φ，根据公式(1)，对于超透镜上每一个离散的位置(x,y)选取一个单元尺寸，使得其远场振幅≈1，相位≈φ(x,y)；

所述数值仿真算法包括有限元算法，有限时域差分；

镜头的景深通过下述公式描述：

其中，Δl为景深，Δl₁为前景深，Δl₂为后景深，即超焦距点到无限远之间的景深，l为物距，f为物镜焦距，F物镜的光圈数，δ为像面处允许的弥散圆直径；所述镜头成像时将物距调至超焦距点处，此时后景深为无穷大，其中超焦距点为：

其中，l为物距，f为物镜焦距，F为物镜的光圈数，δ为像面处允许的弥散圆直径，此时前景深为l/2；

所述纳米介质柱的材料在工作波段的折射率≥2，折射率虚部＜0.01，其包括但不限于二氧化钛、氮化硅、氮化镓材料；

所述介质基底的材料在工作波段的折射率折射率2，折射率虚部0.01。

2.一种根据权利要求1所述的设计方法设计得到的基于超透镜的小F数大景深镜头。

3.一种根据权利要求2所述的基于超透镜的小F数大景深镜头的制备方法，其特征在于，采用紫外光刻或者纳米压印进行加工生产。