[发明专利]超构表面彩虹系统的设计与实现方法

权利要求书

1.一种超构表面彩虹系统的设计与实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

理论设计超构表面彩虹系统：选定系统的设计波长λ_d，平行光正入射条件；系统包括超构表面柱透镜主镜（ M₁） 和超构表面反射辅镜（ M₂） 两片共轴元件；

实现白光照射下的彩虹功能：在设计波长λ_d条件下实现超构表面柱透镜主镜（ M₁） 和超构表面反射辅镜（ M₂） 的相位设计；在白光平行正入射条件下，不同工作波长λ的光经过该系统均存在色散特性；利用超构表面自带的色散特性，在光屏上获得按工作波长次序连续排列的设定形态的彩色光谱分布；

制备超构表面彩虹系统：包括制备超构表面柱透镜主镜（ M₁） 和制备超构表面反射辅镜（ M₂） ；

将两个超构表面对准，并调整至合适的间距，实现超构表面彩虹系统的调焦与成像性能。

2.根据权利要求1所述的超构表面彩虹系统的设计与实现方法，其特征在于，理论设计超构表面彩虹系统具体包括：

设计超构表面柱透镜主镜的相位分布；

设计超构表面反射辅镜的相位分布；

理论设计超构彩虹系统中超构表面柱透镜主镜和超构表面反射辅镜的功能单元。

3.根据权利要求2所述的超构表面彩虹系统的设计与实现方法，其特征在于，设计超构表面柱透镜主镜的相位分布具体包括：

基于传统会聚柱透镜模型设计替代的超构表面柱透镜主镜（ M₁） ，尺寸大小(L_x,L_1y)，位于z＝z₁＝0平面；以设计波长λ_d的光平行正入射到超构表面柱透镜主镜（ M₁ ） 表面，在y＝0位置的x-z平面内会聚成为设定形态的像方焦线；考虑产生曲率半径为r、圆心坐标C_f(x_f,0,z_f)的半圆形焦线，像方焦线F^d(x,0,z)满足：(x-x_f)²+(z-z_f)²＝r²；即任意x＝x_i的y-z横截面内，像方焦点的空间坐标表达为焦距为通过设定圆心坐标和曲率半径的值调整焦线的位置和大小；

自定义正入射到超构表面柱透镜主镜（ M₁ ） 表面光线的位置，结合射线光学和广义折射定律，利用任意x＝x_i的y-z横截面内像方焦点F_i^d的空间坐标，计算超构表面柱透镜主镜（ M₁ ） 表面对应x＝x_i的一维相位分布函数Φ₁(x_i,y)；其中，广义折射定律为折射光沿折射界面方向的波矢分量等于入射光沿折射界面方向的波矢分量与折射面上引入的额外相位梯度的矢量和；考虑满足-L_x/2≤x_i≤L_x/2的所有y-z横截面对应的相位设计，最终构建整个超构表面柱透镜主镜（ M₁） 对应的二维相位分布函数Φ₁(x,y)。