[发明专利]超透镜增透膜的设计方法、装置及电子设备

权利要求书

1.一种超透镜增透膜的设计方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1，选取填充材料（3），所述填充材料（3）用于填充超透镜表面微纳结构（2）之间的空气间隙并使超透镜表面平整；每个所述微纳结构（2）和所述每个所述微纳结构（2）周围的填充材料（3）组成一个填充单元；

步骤S2，计算所述填充单元的等效折射率与等效消光系数；

步骤S3，基于所述等效折射率与所述等效消光系数加权平均获得被填充的超透镜的折射率和消光系数；

步骤S4，基于所述超透镜的折射率和所述超透镜的消光系数计算超透镜的增透膜系，得到初始膜系结果（401）；

步骤S5，优化所述初始膜系结果（401），得到优化的增透膜系结果（402）；所述优化所述初始膜系结果（401）包括：

步骤S501，采用有限元分析对所述初始膜系结果（401）进行分析，得到带膜系超透镜的初始光场相位和初始透过率；

步骤S502，基于所述初始光场相位和所述初始透过率进行最优化迭代，得到优化的增透膜系结果（402）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述填充单元的等效折射率与等效消光系数包括：

步骤S201，通过占空比法计算所述等效折射率与所述等效消光系数；或

步骤S202，通过直接计算法计算所述等效折射率与所述等效消光系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过占空比法计算所述等效折射率与所述等效消光系数的计算公式如下：

，

，

，

其中，λ为光的波长、为计算得到所述填充单元的等效折射率，为计算得到所述单元的等效消光系数；为所述微纳结构（2）的折射率，为所述填充材料（3）的折射率；为所述微纳结构（2）的消光系数，为所述填充材料（3）的消光系数；为所述微纳结构（2）的面积占所述填充单元面积的比例，为所述填充材料（3）的面积占所述填充单元面积的比例。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过直接计算法计算所述等效折射率与所述等效消光系数的计算公式如下：

，

，

其中，h为所述微纳结构的高度，T₀为入射光的强度，为所述填充单元在不同波长下的相位，为所述填充单元在不同波长下的透过率。

5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述基于所述等效折射率与所述等效消光系数加权平均获得被填充的超透镜的折射率和消光系数的计算公式如下：

，

，

其中，c为加权系数，M为整个超透镜所含有的填充单元数，N为选择的波长数，为所述等效折射率，为所述等效消光系数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始膜系结果（401）包括膜层数、每层膜的厚度和每层膜的材料。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最优化迭代包括内点法、最速下降法和牛顿法。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化的增透膜系结果（402）包括膜层数、每层膜的厚度和每层膜的材料。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初始膜系结果（401）包括四层膜系；沿着远离超透镜方向每层膜的材质依次分别是TiO₂、SiO₂、TiO₂、SiO₂。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述初始膜系结果（401）以靠近超表面的膜为第一层，远离超表面的膜依次为第二、三、四层；各层膜之间的厚度关系至少满足：第四层＜第一层≤第二层＜第三层。