[发明专利]一种基于超表面透镜的光谱仪

权利要求书

1.一种基于超表面透镜的光谱仪，由入射狭缝(1)，超表面透镜阵列结构(2)，光电探测器阵列(3)以及光谱信号输出器(4)组成，其特征在于，所述的入射狭缝(1)位于光谱仪入口端，用于将入射光导入光谱仪；所述超表面透镜阵列结构(2)设于光谱仪入射狭缝(1)和光电探测器阵列(3)之间；所述光电探测器阵列(3)设于距离超表面透镜阵列结构(2)不同波长对应的焦距距离处，用于测量待测光束不同波长对应的强度；所述光谱信号输出器(4)与光电探测器阵列(3)连接，用于输出光谱图像。

2.根据权利要求1所述的基于超表面透镜的光谱仪，其特征在于，所述的超表面透镜阵列结构(2)由若干单元结构周期排列得到，所述单元结构包括圆形基底以及垂直设于圆形基底上的若干椭圆形纳米柱；在x和y方向上，相邻两个单元结构之间的距离相同，入射光的传播方向为z方向。

3.根据权利要求2所述的基于超表面透镜的光谱仪，其特征在于，当光谱仪的工作波段为可见光波段时，所述圆形基底的材料为SiO₂，所述椭圆形纳米柱的材料为TiO₂。

4.根据权利要求2所述的基于超表面透镜的光谱仪，其特征在于，所述超表面透镜阵列结构(2)的每个单元结构内的椭圆形纳米柱的半径大小由以下相位公式决定：

其中，λ为入射光波长，f为超表面透镜的焦距，x为单元结构中心的x坐标，y为单元结构中心的y坐标，C为优化选择时添加的常数量，其取值满足椭圆形纳米柱在每个入射光波长下的相位调制量与公式计算得到的理想相位调制量的差值总和最小。

5.根据权利要求2所述的基于超表面透镜的光谱仪，其特征在于，其每个单元结构的带宽和椭圆形纳米柱的有效数值孔径之间有如下约束条件：

其中，Δλ为单元结构的带宽，λ_c为中心波长，L为超透镜厚度，即椭圆形纳米柱高度，n_b为基底折射率，△n为椭圆形纳米柱材料折射率和基底折射率之间的差，f为超表面透镜的焦距，NA为椭圆形纳米柱的有效数值孔径。

6.根据权利要求1所述的基于超表面透镜的光谱仪，其特征在于，所述的超表面透镜阵列结构(2)中采用互相平行的5x5的超表面透镜组。