[发明专利]一种基于面向对象思想的超构透镜的快速建模设计方法

说明书

本发明提供了一种二维超构透镜快速建模设计方法，包括确定纳米单元的形状以及形状对应的几何参数，设定所需入射光λ的波段、纳米单元的周期P；对纳米单元的几何参数进行模拟扫描，以获得每个纳米单元的不同几何参数对入射光波段所产生的相位差和透过率，根据要求选取合适的纳米单元放入构造超构透镜的数据库中；将得到的纳米单元根据超构透镜构造公式排列到衬底上，完成超构透镜的设计；本发明使布置在衬底的每个纳米单元都能根据要求从数据库中取出，然后通过超构透镜构造公式排布在衬底上，从而完成超构透镜的设计。

技术领域

本发明涉及透镜设计领域，尤其涉及一种基于面向对象思想的超构透镜的快速建模设计方法。

背景技术

传统透镜主要是通过波前积累完成对光学相位的控制，通常会使得镜片厚度过大，光学元件体积也相应极其臃肿，与现代光学仪器正朝着小型化、微型化、多功能集成、低成本化的方向发展趋势相违背，因此，获得一种新的成像原理和方法，对光学技术发展显得尤为重要。

近些年超构透镜的出现，为突破传统光学透镜的限制带来了希望，它是由人工合成材料设计，可以根据人们的需要，自由变化各项光学参数，利用相关的排列方式可以满足对相位的任意控制，超构透镜体积小，能够实现高分辨率成像，这对于传统透镜是颠覆性的改变。随着我们对超构透镜具有越来越细微功能的要求，我们需要对每一个单元结构进行透彻的了解。现有技术的软件，例如FDTD Solutions、comsol、CST Studio Suite等，在构造超构透镜时，选择单元结构，根据要求设置参数，这主要是一种面向过程思维。然而，面向过程式建模，每次仿真都要进行一次纳米单元参数扫描，且范围和精度的不同，会导致最终设计出来的超构透镜存在一定的误差，主要来源于数据集太少，相位不一定百分百符合。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于面向对象思想的超构透镜的快速建模设计方法，使布置在衬底的每个纳米单元都能根据要求从数据库中取出，然后通过超构透镜构造公式排布在衬底上，从而完成超构透镜的设计。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种二维超构透镜快速建模设计方法，包括如下步骤：

步骤一：确定纳米单元的形状以及形状对应的几何参数，设定所需入射光λ的波段、纳米单元的周期P；

步骤二：对纳米单元的几何参数进行模拟扫描，以获得每个纳米单元的不同几何参数对入射光波段所产生的相位差和透过率，根据要求选取合适的纳米单元放入构造超构透镜的数据库中；

步骤三：指定所设计的超构透镜的焦距和尺寸，构造公式公式选择中心聚焦公式，将步骤二中得到的纳米单元根据超构透镜构造公式排列到衬底上，完成超构透镜的设计。

优选的，所述纳米单元的形状为圆柱体或者长方体。

优选的，所述几何参数为圆柱体的半径R或者长方体的长L和宽W。

优选的，所述步骤二中利用数值模拟法对纳米单元的几何参数进行模拟扫描。

优选的，所述数据库为MySql或者Oracle。

优选的，超构透镜构造公式包括中心单焦点聚焦公式：

其中，(x,y)为每一个纳米单位的坐标，φ(x,y)为纳米单元相对于超构透镜中心位置的相位差，λ为入射波长，f是超构透镜的焦距，x和y表示单元结构位置相对于中心点的坐标。

优选的，超构透镜构造公式包括偏心单焦点聚焦公式：