[发明专利]一种能够实现成像功能的多层金属介质膜的设计方法

摘要

一种能够实现成像功能的多层金属介质膜的设计方法，其特征在于：首先选择入射波；再选择两组一定厚度的金属材料和介质材料，将两组中的金属和介质分别交替排布构成两种多层金属介质膜结构，根据入射波作用下每种材料的介电常数和每层膜的厚度能够分别计算出这两种多层金属介质膜的等效介电常数；然后通过设计各薄膜层的厚度可以实现等效介质中各方向介电常数大小和正负的变化，由此可使光波通过第一组多层金属介质膜结构发散，而通过第二组多层金属介质膜结构会聚；将发散结构多层膜和会聚结构的多层膜按特定的厚度比例粘合在一起便构成了具有成像功能的多层金属介质膜结构器件，该器件可以实现对远小于工作波长的细微结构成像，达到超分辨的目的。

主权项

1、一种能够实现成像功能的多层金属介质膜的设计方法，其特征在于以下步骤：(1)选择入射波，其波长为λ，该入射波中只包含TM模式；(2)对于膜层厚度分别为dm，dd的金属材料和介质材料，在入射波的照射下，金属材料和介质材料的折射率分别为nm，nd，对应的介电常数分别为εm，εd，若将多个这样的金属材料膜和介质材料膜交替排列构成多层膜结构，此多层膜结构材料的等效介电常数可以通过公式(1)计算获得：其中η＝dm/dd；η为金属材料和介质材料膜层厚度的比值，εx，εy，εz分别为在x，y，z三个方向的介电常数；(3)TM波在各向异性介质中的波矢kx与kz的函数关系为：其中kx，kz分别为TM波在x，z方向的波矢；ω为TM波的频率；c为真空中的光速；k0为TM波在真空中的波矢；(4)选择第一组金属材料和介质材料，在入射波的照射下，第一组金属材料和介质材料的折射率分别为nm1，nd1，对应的介电常数分别为εm1和εd1，每一膜层厚度分别为dm1和dd1，将多个这样的金属材料膜和介质材料膜交替排列成多层膜结构，通过公式(1)计算使得第一组多层膜结构材料的等效介电常数实部满足εx1<0，εz1>0，此时公式(2)可以变化为：该方程形式为双曲线方程，光波传输方向垂直于渐近线，此时对应的渐近线方程为：则此时光波在第一组多层膜结构材料中传输时与kz轴所成角度的正切为：光波在该材料中是发散的，将该种多层膜结构称为发散结构；(5)选择第二组金属和介质材料，在入射波的照射下，第二组金属材料和介质材料的折射率分别为nm2，nd2，对应的介电常数分别为εm2和εd2，每一膜层厚度分别为dm2和dd2，将多个这样的金属材料膜和介质材料膜交替排列成多层膜结构，通过公式(1)计算使得第二组多层膜结构材料的等效介电常数实部满足εx2>0，εz2<0，那么此时公式(2)可以变化为：该方程形式也为双曲线方程，光波传输方向垂直于渐近线，此时渐近线方程为：此时光波在第二组多层膜结构材料中传输时与kz轴所成角度的正切为：光波在该材料中是会聚的，将该种多层膜结构称为会聚结构；(6)选择厚度分别为L1和L2的两种多层膜结构，将该两种会聚结构多层膜和发散结构多层膜组合在一起，完成能够实现成像功能的多层金属介质膜的设计。