[发明专利]一种全介质、宽带偏振与相位调控超表面及远场超分辨聚焦器件

权利要求书

1.一种全介质、宽带、偏振与相位调控超表面及远场超分辨聚焦器件，其特征在于所述器件包括基底(1)和以周期阵列分布于基底上的长方体介质结构；

所述基底(1)是厚度为t_sub，折射率为n_sub，在工作波长范围[λ₁,λ₂]内吸收率小于0.01，且上下表面平行的透明介质材料S；

一个所述长方体介质结构与其下方的基底构成一个全介质半波片超表面单元(2)，单元周期为T，每个长方体介质结构与其全介质半波片超表面单元的中心在XY平面内重合；所述长方体介质结构的边长分别L_f和L_s，高度为H，其中f，s分别代表全介质半波片超表面单元的快轴和慢轴；所述长方体介质结构的折射率为n_d，其在工作波长范围[λ₁,λ₂]内吸收率小于0.01；所述全介质半波片超表面单元对沿快轴f方向线偏振态和慢轴s方向线偏振态的相位延时分别为和且满足对于线偏振入射光，当其偏振方向与快轴的夹角为γ时，出射光的偏振方向与快轴的夹角为-γ，即出射光的偏振方向朝快轴偏转2γ；当入射线偏振光沿x轴方向时，通过将全介质半波片超表面单元的长方体介质结构的方向设置为在XY平面内其快轴与x轴的夹角为γ或γ+π/2，0≤γπ，对出射光偏振方向分别实现2γ或2γ+π的偏转，其等效于出射光偏振方向偏转2γ，而相位分别为0或π，从而实现对出射线偏振光的偏振方向0到2π的调控及相位0和π的调控。

2.根据权利要求1所述的全介质、宽带、偏振与相位调控超表面及远场超分辨聚焦器件，其特征在于，所述聚焦器件的有效使用半径R_lens＝N×T，其中N为沿半径方向的全介质半波片超表面单元最大个数，T为全介质半波片超表面单元的周期；所述长方体介质结构的周期阵列分布是指其沿径向的相位分布为其取值为0或π。

3.根据权利要求2所述的全介质、宽带、偏振与相位调控超表面及远场超分辨聚焦器件，其特征在于，所述聚焦器件可在波长范围[λ₁,λ₂]内吸收率小于0.01，可将线偏振光转换成柱矢量光束，即角向偏振光、径向偏振光或角向径向复合偏振光，并可在远场实现实心焦斑或空心焦斑超分辨聚焦。

4.根据权利要求3所述的全介质、宽带、偏振与相位调控超表面及远场超分辨聚焦器件，其特征在于，所述器件是角向偏振转换及超分辨聚焦器件，所述器件有效区域为圆形区域，有效使用半径为R_lens，焦距为f；以超分辨聚焦器件中心为坐标原点，对于极坐标位置为(r_ij,θ_ij)的第i个环带中第j个全介质半波片超表面单元(2)，其中r_ij为其径向坐标，θ_ij为与x轴的极角，当相位为0时，所述全介质半波片超表面单元(2)的偏转角γ_ij＝θ_ij/2+π/4；当相位为π时，所述全介质半波片超表面单元(2)的偏转角γ_ij＝θ_ij/2+3π/4，在其焦平面上产生的聚焦光斑为角向偏振空心焦斑；焦斑内径的横向尺寸，即半高全宽小于衍射极限0.5λ/NA，其中NA＝sin(β)，而tan(β)＝R_lens/f，R_lens和f分别是器件的有效使用半径和焦距。