[发明专利]一种基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法

权利要求书

1.一种基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法，其特征在于，步骤如下：

S1、设置超透镜的结构参数和仿真方式、仿真条件；

S2、设计在λ_起到λ_止范围内消色差超透镜的单元结构，将整个波段λ_起～λ_止以波段中心分为两个区域，即蓝区和红区，λ₁和λ₂分别为蓝区和红区中自选定的波长；通过仿真获得不同直径纳米柱分别在λ₁和λ₂两个入射波长下的相变曲线和透射率曲线，构建具有高透射率特点的纳米柱直径-相位库；其中，超透镜的单元结构由具有立方体结构的二氧化硅基底和竖直固定在基底顶面中心处的具有圆柱体结构的氮化硅纳米柱构成，且纳米柱高度与单元结构周期满足：在指定直径范围内的纳米柱在设定入射波长范围内具有至少覆盖一个相位周期；

S3、将超透镜中的若干个纳米柱进行平面离散，以计算各纳米柱的理想相位；其中，理想相位的计算公式为：

式中，为理论相位；(x,y)为纳米柱中心的位置坐标；λ_i为入射光的波长，i＝1或2；f为超透镜的焦距；C(λ_i)为常数，其取值仅与入射波长有关；

S4、基于菲涅尔双波长空间复用法对超透镜进行单波长透镜纳米柱填充；

S5、利用二维粒子群算法，求取参数C(λ_i)的最优解。

2.根据权利要求1所述的基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法，其特征在于，在步骤S1中，超透镜的仿真方式采用有限时域差分法进行仿真。

3.根据权利要求1所述的基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法，其特征在于，步骤S2的具体实施步骤如下：

S201、设计超透镜的单元结构并确定纳米柱高度H、直径为D和单元结构周期P；

S202、分别仿真得到在λ₁和λ₂两种入射波长下不同直径纳米柱对应的相位响应曲线和透射率响应曲线，以构建纳米柱直径-相位库。

4.根据权利要求1所述的基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法，其特征在于，步骤S4的具体实施步骤如下：

S401、将超透镜在基底平面上自圆心沿径向方向划分为若干个区域，各区域以交替设置的方式定义为λ₁对应的区域和λ₂对应的区域；

S402、对λ₁区域内的各纳米柱，依次在相位库中选择出与理想相位偏差最小的所对应的D作为纳米柱的直径；对区域λ₂内的各纳米柱，依次在相位库中选择出与理想相位偏差最小的所对应的D作为纳米柱的直径；进而确定超透镜的构成。

5.根据权利要求4所述的基于空间复用的可见光波带消色差超透镜设计方法，其特征在于，在步骤S401中，将超透镜在基底平面上自圆心沿径向方向划分为四个区域，中心圆形区域的半径及自内向外其余三个环形区域的宽度的比值为R₁:R₂:R₃:R₄。