[发明专利]柔性遥感卫星光学镜片及其制作方法

权利要求书

1.一种柔性遥感卫星光学镜片，其特征在于，包括柔性衬底(1)和设于所述柔性衬底(1)的至少一个表面上的微纳结构超表面(2)，所述微纳结构超表面(2)为微纳结构单元(21)的周期性阵列，不同的微纳结构单元(21)具有相同的高度、相同的指向角度和不同的横截面尺寸，各微纳结构单元的横截面尺寸根据所需的电磁波通过各微纳结构单元(21)后的相位累积以及电磁波通过微纳结构单元(21)的相位累积与微纳结构单元(21)的横截面尺寸的对应关系相应确定；

所述柔性遥感卫星光学镜片通过微纳结构超表面(2)制备在柔性衬底(1)上来构造可折叠的光学镜片；所述柔性遥感卫星光学镜片的折线处均留白；所述柔性遥感卫星光学镜片设置为在遥感卫星运载过程中折叠、减小占用的空间，在遥感卫星到达轨道后展开成大口径镜片进行遥感成像；

所述微纳结构单元(21)设置于所述柔性衬底(1)的正反两面，以形成所述柔性遥感卫星光学镜片的正面和反面，电磁波经过所述柔性遥感卫星光学镜片的反面的各微纳结构单元(21)后的相位累积满足相位分布：

其中，λ为工作波长，f为所述柔性遥感卫星光学镜片的焦距，R_F为所述柔性遥感卫星光学镜片的反面的半径，r为所述柔性遥感卫星光学镜片的反面的各微纳结构单元(21)的空间位置坐标，N为校正项数目，b_n为反面校正系数；

且电磁波经过所述柔性遥感卫星光学镜片的正面的各微纳结构单元(21)后的相位累积满足相位分布：

其中，r为所述柔性遥感卫星光学镜片的正面的各微纳结构单元(21)的空间位置坐标，R_A为所述柔性遥感卫星光学镜片的正面的半径，N为校正项数目，a_n为正面校正系数；

R_A/R_F取0.1至0.9。

2.根据权利要求1所述的柔性遥感卫星光学镜片，其特征在于，所述工作波长λ为3-5μm，所述柔性遥感卫星光学镜片的正面和反面的半径由其镜片口径决定，该镜片口径为1mm至10m，所述柔性遥感卫星光学镜片的焦距为1mm至10m。

3.根据权利要求1所述的柔性遥感卫星光学镜片，其特征在于，所述反面和正面校正系数b_n、a_n通过遗传算法来进行优化。

4.根据权利要求1所述的柔性遥感卫星光学镜片，其特征在于，所述周期性阵列的构型是正方晶格阵列或六角晶格阵列，所述微纳结构单元(21)的构型是椭圆柱。

5.根据权利要求1所述的柔性遥感卫星光学镜片，其特征在于，所述柔性衬底(1)的材料是聚乙烯醇、聚酯、聚酰亚胺和聚萘二甲酯乙二醇酯中的一种，所述微纳结构超表面(2)的材料为硅。

6.根据权利要求1所述的柔性遥感卫星光学镜片，其特征在于，柔性衬底(1)的厚度为毫米量级，微纳结构单元(21)的厚度为亚波长量级，所述微纳结构单元(21)高度为0.5λ至5λ，横截面尺寸为0.1U至0.9U，且所述周期性阵列的周期U为0.3λ至λ，U为周期，λ为工作波长。

7.一种柔性遥感卫星光学镜片的制作方法，其特征在于，包括：

步骤S1：设计所述柔性遥感卫星光学镜片的柔性衬底(1)和微纳结构超表面(2)，该微纳结构超表面(2)为微纳结构单元(21)的周期性阵列，计算所需的电磁波经过各微纳结构单元(21)后的相位累积，包括：

步骤S11：确定所述柔性遥感卫星光学镜片的工作波长、镜片口径和焦距；

步骤S12：根据所述工作波长、镜片口径和焦距，以及柔性衬底(1)和微纳结构单元(21)的相对位置，得到电磁波经过各微纳结构单元(21)后的相位累积；

步骤S2：根据电磁波经过各微纳结构单元后的相位累积确定各微纳结构单元(21)的几何参数，包括：

步骤S21：确定微纳结构超表面(2)的周期性阵列以及微纳结构单元(21)的构型；

步骤S22：通过基于时域有限差分算法的电磁仿真手段对微纳结构单元(21)的横截面尺寸进行参数扫描、仿真和优化，得到电磁波经过微纳结构单元(21)后的相位累积与微纳结构单元(21)的横截面尺寸的对应关系；

步骤S23：根据步骤S1中的电磁波经过各微纳结构单元(21)后的相位累积以及所述步骤S22得到的电磁波经过微纳结构单元(21)后的相位累积与微纳结构单元(21)的横截面尺寸的对应关系来进行匹配，获得各微纳结构单元(21)的横截面尺寸；

步骤S3：根据所述步骤S2中的各微纳结构单元(21)的横截面尺寸，在所述柔性衬底(1)的表面上制作所述微纳结构超表面(2)，得到柔性遥感卫星光学镜片；

所述柔性遥感卫星光学镜片通过微纳结构超表面(2)制备在柔性衬底(1)上来构造可折叠的光学镜片；所述柔性遥感卫星光学镜片的折线处均留白；所述柔性遥感卫星光学镜片设置为在遥感卫星运载过程中折叠、减小占用的空间，在遥感卫星到达轨道后展开成大口径镜片进行遥感成像；

在所述步骤S12中，所述微纳结构单元(21)设置于柔性衬底(1)的正反两面，以形成所述柔性遥感卫星光学镜片的正面和反面，则电磁波经过所述柔性遥感卫星光学镜片的反面的各微纳结构单元(21)后的相位累积满足相位分布：

其中，λ为工作波长，f为所述柔性遥感卫星光学镜片的焦距，R_F为所述柔性遥感卫星光学镜片的反面的半径，r为所述柔性遥感卫星光学镜片的反面的各微纳结构单元(21)的空间位置坐标，N为校正项数目，b_n为反面校正系数；

电磁波经过所述柔性遥感卫星光学镜片的正面的各微纳结构单元(21)后的相位累积满足相位分布：

其中，r为所述柔性遥感卫星光学镜片的正面的各微纳结构单元(21)的空间位置坐标，R_A为所述柔性遥感卫星光学镜片的正面的半径，N为校正项数目，a_n为正面校正系数；

R_A/R_F取0.1至0.9。