[发明专利]一种基于超表面的光学合成孔径镜头

权利要求书

1.一种基于超表面的光学合成孔径镜头，其特征在于，包括：

衬底层；

光栅阵列，设置于所述衬底层的表面，包括多个柱状的亚波长光栅；

所述光栅阵列为至少两个，至少两个所述光栅阵列设置在所述衬底层的同一侧表面，且相邻所述光栅阵列间具有间隔；

所述亚波长光栅的尺寸由第一方法确定，以使所述基于超表面的光学合成孔径镜头能够对红外光施加传输相位。

2.根据权利要求1所述的光学合成孔径镜头，其特征在于，所述第一方法包括以下步骤：

构建相位基-光栅尺寸对应表；

确定所述亚波长光栅的数量和每一所述亚波长光栅的坐标；

根据所述光学合成孔径镜头的工作波长λ、焦距f、直径D要求以及每一所述亚波长光栅的坐标，确定每一所述亚波长光栅的对应的最优相位基；

根据所述最优相位基和所述相位基-光栅尺寸对应表，确定每一所述亚波长光栅的尺寸。

3.根据权利要求2所述的光学合成孔径镜头，其特征在于，所述构建相位基-光栅尺寸对应表，包括：

根据工作波长λ，确定单个所述亚波长光栅在不同高度、中心距、长度和宽度的情况下，对入射光的相位和透过率的调制情况，并将符合设定条件的光栅尺寸储存为数据库；

利用N阶线性相位均分0-360度相位，将N个相位和几何关系对应得到的N个相位基；

根据N个所述相位基、所述数据库和所述亚波长光栅的实际相位，确定所述相位基-光栅尺寸对应表。

4.根据权利要求3所述的光学合成孔径镜头，其特征在于，所述将符合设定条件的光栅尺寸储存为数据库，包括：

在相邻两亚波长光栅的中心距和各亚波长光栅的高度均保持不变的情况下，筛选出满足：对所述入射光的透过率接近于1、入射光相位调制范围为[0,2π]条件的所有亚波长光栅的长度、宽度范围，并存为数据库。

5.根据权利要求3所述的光学合成孔径镜头，其特征在于，根据N个所述相位基、所述数据库和所述亚波长光栅的实际相位，确定所述相位基-光栅尺寸对应表，包括：

在设定误差±360/N范围内遍历数据库中各数据以查找满足所述相位基要求的亚波长光栅尺寸；

根据亚波长光栅的实际相位与对应相位基中相位的最小方差确定对应的所述亚波长光栅的尺寸，得到所述相位基-光栅尺寸对应表；

其中，N为6-10的正整数。

6.根据权利要求2所述的光学合成孔径镜头，其特征在于，所述根据所述光学合成孔径镜头的工作波长λ、焦距f、直径D要求以及每一所述亚波长光栅的坐标，确定每一所述亚波长光栅的对应的最优相位基，包括：

根据所述光学合成孔径镜头的工作波长λ、焦距f、直径D要求，利用以下公式确定所述光学合成孔径镜头直径范围内任意(x,y)坐标处的亚波长光栅的中红外目标相位

其中，-D/2≤x≤D/2，-D/2≤y≤D/2；

将转换为角度值后的模除以360，用得到的值分别更新根据±360/N的误差范围将更新后的转换为N阶相位基的目标相位；

根据每一所述亚波长光栅的坐标对应的目标相位，从所述相位基-光栅对应表中确定，每一所述亚波长光栅的坐标对应的最优相位基。

7.根据权利要求1所述的光学合成孔径镜头，其特征在于，相邻两个所述光栅阵列的距离为0-2R，其中R为所述光栅阵列的半径。

8.根据权利要求1所述的光学合成孔径镜头，其特征在于，每一所述光栅阵列中，每相邻两个所述亚波长光栅的中心距离相等，且所述中心距离小于所述工作波长的一半。

9.根据权利要求1所述的光学合成孔径镜头，其特征在于，每一所述亚波长光栅平行于所述衬底层的横截面具有对称性；

每一所述亚波长光栅平行于所述衬底层的横截面为圆形，每一所述亚波长光栅的半径为所述工作波长λ的1/2-1/8。

10.根据权利要求1所述的光学合成孔径镜头，其特征在于，

所述光栅阵列，由折射率2的介质制成；

所述光栅阵列由以下之一制成：硅、氮化硅、二氧化钛、磷化镓、氮化镓和砷化镓；

所述衬底层，由中红外透明材料制成；

所述衬底层由以下之一制成：氟化钡、碲化锌。