[发明专利]亚波长天线、波长可控的超透镜及超透镜设计方法

说明书

本发明涉及一种亚波长天线，其特征在于，包括谐振器和金属衬底，所述谐振器设置于所述金属衬底上，所述谐振器为设有开口的C形环。本发明还涉及一种波长可控的超透镜，包括若干所述的亚波长天线，若干所述亚波长天线基于振幅相位分布物理模型进行空间排列，若干所述亚波长天线的C形环具有不同的开口角度和半径。本发明还涉及一种超透镜设计方法。本发明通过空间排列不同结构参数的全金属亚波长天线，实现了波长操控的动态可切换和变焦超透镜。

技术领域

本发明涉及微纳光子学技术领域，特别是涉及一种亚波长天线、波长可控的超透镜及超透镜设计方法。

背景技术

超表面，由亚波长光学散射体组成的超薄平面，具有任意操控电磁波波前的能力，在过去几年引起了研究者们的极大关注。通过在空间上排列不同结构参数的亚波长天线，可设计出各种不同的功能器件，如波束偏折器、平面透镜、玻片和超表面全息图。超表面基功能器件的高分辨率和高精度，使其在新一代可穿戴设备和成像/传感的薄光学系统中具有广阔的应用前景。但目前大多超表面功能器件都是静态的，不具备动态可调谐性，极大地限制了超表面器件的应用场景。

近年来，研究者们提出利用不同的调制技术来设计实现动态的超表面器件，如：利用弹性体的机械形变、将相变材料或液晶作为嵌入介质、利用电/光控二极管等。然而在大多数方案中，超表面由不同材料组成，如弹性材料、相变材料或二极管贴片材料，结构的复杂性增加了结构的制备难度。同时，弱的光与物质相互作用导致折射率变化较小，动态超表面的调制深度通常较小。2020年，美国斯坦福大学JenniferA.Dionne教授课题组提出在Si纳米棒中引入细微的周期性扰动，提高结构共振模式的品质因子(Q5000)，放大折射率变化。随后基于非线性克尔效应，实现了具有动态聚焦能力的二维高Q超透镜。然而，Si纳米棒中的周期刻痕超小的尺寸(～50nm)难以精确制造，且细微的周期扰动难以应用于三维超透镜的设计中。

综上所述，目前实现易于制备的具有良好性能的动态超透镜仍然面临着巨大的挑战。此外，具有波长(偏振或角度等)依赖特性的动态超表面尚未被报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种亚波长天线、波长可控的超透镜及超透镜设计方法，通过空间排列不同结构参数的亚波长天线(全金属C形天线)，实现了波长操控的动态可切换和变焦超透镜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种亚波长天线，包括谐振器和金属衬底，所述谐振器设置于所述金属衬底上，所述谐振器为设有开口的C形环。

所述C形环的开口角度范围为10°～350°。

所述C形环的半径范围为100nm～180nm。

所述金属衬底由金、银或铝制成。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种波长可控的超透镜，包括若干上述的亚波长天线，若干所述亚波长天线基于振幅相位分布物理模型进行空间排列，若干所述亚波长天线的C形环具有不同的开口角度和半径。

所述振幅相位分布物理模型的公式为：其中，(x,y)为超透镜的空间位置坐标，n为超透镜周围介质的折射率，f为超透镜的焦距，λ₀为入射光的真空波长。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种超透镜设计方法，包括：

步骤(1)：构建关于超透镜的振幅相位分布物理模型；

步骤(2)：根据所述振幅相位分布物理模型设计若干上述的亚波长天线，其中，若干所述亚波长天线的C形环具有不同的开口角度和半径；

步骤(3)：将若干不同结构参数的亚波长天线排列构成超透镜。