[发明专利]一种聚焦平面超透镜及其参数确定方法和使用方法

说明书

本发明涉及了一种聚焦平面超透镜及其参数确定方法和使用方法，所述聚焦平面超透镜包括：参数不同的N种基本调控单元；每种基本调控单元的数量为多个；N种所述基本调控单元分别分布在N个同心圆环环带中，并通过合理的设置其参数可实现远场超分辨聚焦的同时，实现焦斑尺寸的调整和焦斑结构的调整。

技术领域

本发明涉及太赫兹应用技术领域，特别是涉及一种聚焦平面超透镜及其参数确定方法和使用方法。

背景技术

对于太赫兹应用，如医学成像、太空探索、安全检查等，透镜作为光学聚焦元件是基本的，它通常是光学中的一个关键部件。远场超衍射聚焦器件在太赫兹应用中发挥着特殊的作用。超材料完全控制光场的振幅、相位和偏振调控，在聚焦和极化转换器件方面已经显示出了极好的潜力。柱矢量光场在的振幅和偏振方向呈现柱对称分布，其聚焦焦斑具有独特的性质。针对传统太赫兹器件受限的问题，基于光学超振荡的基本思想，光学超振荡可以构建远场超分辨聚焦焦斑，在理论上可以实现无限小的聚焦焦斑；针对传统柱矢量光场聚焦方案依赖于偏振转换器，存在入射光场和偏振转换器之间、偏振转换器和聚焦透镜之间的同轴问题，采用集成相位和偏振调控光学超表面实现聚焦器件的小型化和集成化。该方法解决了传统柱矢量光场聚焦方案对偏振转换器件的依赖，同时也解决了入射光场与聚焦器件同轴的问题，可广泛应用太赫兹聚焦、太赫兹成像和其他光学研究领域。

(1)目前实现太赫兹柱矢量光场聚焦的技术手段，主要有传统物镜、传统透镜和锥透镜。通常情况下采用线偏振光或者圆偏振光作为入射光，经过偏振转换器，转换柱矢量光场，在结合传统物镜、传统透镜和锥透镜的聚焦功能，实现对柱矢量光场的聚焦。然而，上述方法依赖传统物镜(透镜)的聚焦功能，该类传统聚焦器件体积大、价格昂贵且不集成；该类聚焦方案通常采用偏振转换器，这就带来了入射光束与偏振转换器、偏振转换器与聚焦器件之间的同轴问题，轻微的不同轴就会导致聚焦焦斑的不对称性。相关文献有：

·R.Dorn,S.Quabis,and G.Leuchs,Sharper focus for a radiallypolarized light beam,Phys.Rev.Lett.Vol.91,pp233901(2003).

·L.Yang,X.Xie,S.Wang,and J.Zhou,Minimized spot of annular radiallypolarized focusing beam,Opt.Lett.Vol.38,pp1331-1333(2013).

·Z.Nie,G.Shi,X.Zhang,Y.Wang,and Y.Song,Generation of super-resolution longitudinally polarized beam with ultra-long depth of focus usingradially polarized hollow Gaussianbeam,Opt.Commun.Vol.331,pp87-93(2014).

·B.D.Terris,H.J.Mamin,D.Rugar,W.R.Studenmund,and G.S.Kino,Near-field optical data storage using a solid immersion lens,Appl.Phys.Lett.Vol.65,pp388-390(1994).

·Yu Anping,Chen Gang,Zhang Zhihai,Wen Zhongquan,Dai Luru,Zhang Kun,Jiang Senlin,Wu Zhixiang,Yuyan Li,Changtao Wang and Xiangang Luo,“Creation ofSub-diffraction Longitudinally Polarized Spot by Focusing Radially PolarizedLight with Binary Phase Lens”,Scientific Reports,6,pp38859:1-9,(2016)