本發(fā)明涉及微納結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)及光場(chǎng)調(diào)控，具體的涉及一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
1、與光子晶體相比，gpc具有結(jié)構(gòu)參數(shù)漸變的特性，可以在不加入缺陷的情況下控制光場(chǎng)。因此，gpc是一種新型光子晶體結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)許多新穎的功能，如光束的聚焦、超彎曲、黑洞效應(yīng)、耦合器、自準(zhǔn)直等。由于gpc透鏡的結(jié)構(gòu)緊湊，有利于光路系統(tǒng)的集成化和微型化?；趃pc的微結(jié)構(gòu)透鏡可實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)聚焦、超大透射帶寬和極小像差等傳統(tǒng)光子晶體難以實(shí)現(xiàn)的功能，為光子晶體調(diào)控電磁波提供了新的可替代方法。設(shè)計(jì)gpc結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵取決于調(diào)節(jié)微納結(jié)構(gòu)的參數(shù)，即完成漸變的折射率分布的設(shè)計(jì)，以有效調(diào)控光波前。一般情況下，研究人員通過改變gpc晶格間距、微結(jié)構(gòu)柱子/孔的尺寸或填充材料的折射率形成有效折射率漸變，以設(shè)計(jì)不同類型的gpc結(jié)構(gòu)。
2、由于gpc的廣泛應(yīng)用，急需開發(fā)一種快速、大面積以及低成本制備gpc結(jié)構(gòu)的新方法，以推進(jìn)gpc的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。研究人員可利用電子束光刻或離子束刻蝕技術(shù)獲得任意圖案的gpc結(jié)構(gòu)。但是這兩種方法較低制備效率和較高的成本嚴(yán)重影響了gpc的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，而主要在實(shí)驗(yàn)室條件下應(yīng)用。納米壓印技術(shù)也為制備gpc結(jié)構(gòu)提供了一種低成本的方法。但由于需要利用機(jī)械變形來制備，納米壓印的過程中可能會(huì)發(fā)生不完全的圖案轉(zhuǎn)移，影響制備產(chǎn)品的質(zhì)量和良率。使用可編程空間光調(diào)制器的全息光刻法被認(rèn)為是大面積、快速制作gpc結(jié)構(gòu)的高效方法。然而相比多光束直接干涉法設(shè)計(jì)gpc結(jié)構(gòu)，空間光調(diào)制器的使用存在增加光刻系統(tǒng)復(fù)雜性的缺陷。想要獲得更小尺寸的gpc超于快速、大面積和低成本制備gpc結(jié)構(gòu)器件顯得尤為重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)方法，提出一種新的gpc結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并基于該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)長(zhǎng)焦深特點(diǎn)的gpc微結(jié)構(gòu)透鏡，為長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)提供了一種新的途徑。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種技術(shù)方案是：一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)方法，其特征在于：
3、用雙參數(shù)無頂六棱鏡，構(gòu)建多光束共光路雙錐干涉模型，改變光束的個(gè)數(shù)、振幅和主、副角度大小，可調(diào)控干涉結(jié)構(gòu)圖案的光強(qiáng)分布；
4、通過六束光干涉獲得雙周期的gpc結(jié)構(gòu),提取單個(gè)gpc超晶格結(jié)構(gòu)，確定合適的干涉結(jié)構(gòu)尺寸：晶格周期、干涉亮點(diǎn)半徑；
5、利用獲得的gpc結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)gpc透鏡介質(zhì)柱尺寸漸變，進(jìn)而漸變調(diào)控透鏡有效折射率，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦深聚焦完成單個(gè)微結(jié)構(gòu)透鏡的構(gòu)建。
6、進(jìn)一步的，所述多光束共光路雙錐干涉模型的構(gòu)建方式為：由石英材料構(gòu)造雙參數(shù)無頂六棱鏡，使六束激光光束分別從雙參數(shù)無頂六棱鏡的六個(gè)側(cè)面入射，根據(jù)雙參數(shù)無頂六棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建多光束共光路雙錐干涉模型。
7、進(jìn)一步的，所述雙參數(shù)無頂六棱鏡的構(gòu)造過程為：兩個(gè)正六邊形底面上下平行設(shè)置，且上底面和下底面之間通過六個(gè)側(cè)面進(jìn)行連接，上底面由不透光材料遮擋，且六個(gè)側(cè)面均分成兩組，每組中的三個(gè)側(cè)面彼此間隔設(shè)置，同組中的三個(gè)側(cè)面與底面的夾角相同。
8、進(jìn)一步的，所述雙參數(shù)無頂六棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)為兩組側(cè)面與底面的夾角和激光光束與軸線的夾角。
9、進(jìn)一步的，所述雙周期gpc結(jié)構(gòu)獲得的方式為：在激光光束的個(gè)數(shù)、振幅不變的情況下，根據(jù)雙參數(shù)無頂六棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)與干涉結(jié)構(gòu)圖案光強(qiáng)分布之間的關(guān)系，通過調(diào)整雙參數(shù)無頂六棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)獲得雙周期的gpc結(jié)構(gòu)。
10、進(jìn)一步的，所述微結(jié)構(gòu)透鏡的構(gòu)建過程為：利用紫外光對(duì)負(fù)型光刻膠材料曝光，提取出gpc結(jié)構(gòu)中干涉亮點(diǎn)的半徑大小和坐標(biāo)位置，以適當(dāng)折射率材料的介質(zhì)柱替代干涉亮點(diǎn)，得到介質(zhì)柱尺寸漸變的平面gpc透鏡結(jié)構(gòu)及其陣列，獲得微結(jié)構(gòu)透鏡。
11、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的另一種技術(shù)方案是：一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡，包括襯底和介質(zhì)柱，其特征在于：所述介質(zhì)柱的半徑大小和在襯底上的坐標(biāo)位置與上述所述的設(shè)計(jì)方法確定的干涉亮點(diǎn)的半徑大小和坐標(biāo)位置相匹配。
12、進(jìn)一步的，所述介質(zhì)柱為圓柱狀且高度相同。
13、本發(fā)明的有益效果為：
14、本申請(qǐng)利用雙參數(shù)無頂六棱鏡，設(shè)計(jì)gpc結(jié)構(gòu)，然后，以gpc結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)介質(zhì)柱尺寸漸變，進(jìn)而漸變調(diào)控透鏡有效折射率(調(diào)控相位)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦深聚焦，為大面積、快速制作gpc結(jié)構(gòu)提供了新的可能，為長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)提供了一種新的方法。
15、為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更能明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖示，做詳細(xì)說明如下。
1.一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)方法，其特征在于：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述多光束共光路雙錐干涉模型的構(gòu)建方式為：由石英材料構(gòu)造雙參數(shù)無頂六棱鏡，使六束激光光束分別從雙參數(shù)無頂六棱鏡的六個(gè)側(cè)面入射，根據(jù)雙參數(shù)無頂六棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建多光束共光路雙錐干涉模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述雙參數(shù)無頂六棱鏡的構(gòu)造過程為：兩個(gè)正六邊形底面上下平行設(shè)置，且上底面和下底面之間通過六個(gè)側(cè)面進(jìn)行連接，上底面由不透光材料遮擋，且六個(gè)側(cè)面均分成兩組，每組中的三個(gè)側(cè)面彼此間隔設(shè)置，同組中的三個(gè)側(cè)面與底面的夾角相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述雙參數(shù)無頂六棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)為兩組側(cè)面與底面的夾角和激光光束與軸線的夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述雙周期gpc結(jié)構(gòu)獲得的方式為：在激光光束的個(gè)數(shù)、振幅不變的情況下，根據(jù)雙參數(shù)無頂六棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)與干涉結(jié)構(gòu)圖案光強(qiáng)分布之間的關(guān)系，通過調(diào)整雙參數(shù)無頂六棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)獲得雙周期的gpc結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述微結(jié)構(gòu)透鏡的構(gòu)建過程為：利用紫外光對(duì)負(fù)型光刻膠材料曝光，提取出gpc結(jié)構(gòu)中干涉亮點(diǎn)的半徑大小和坐標(biāo)位置，以適當(dāng)折射率材料的介質(zhì)柱替代干涉亮點(diǎn)，得到介質(zhì)柱尺寸漸變的平面gpc透鏡結(jié)構(gòu)及其陣列，獲得微結(jié)構(gòu)透鏡。
7.一種一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡，包括襯底和介質(zhì)柱，其特征在于：所述介質(zhì)柱的半徑大小和在襯底上的坐標(biāo)位置與權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的設(shè)計(jì)方法確定的干涉亮點(diǎn)的半徑大小和坐標(biāo)位置相匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于漸變光子晶體的長(zhǎng)焦深微結(jié)構(gòu)透鏡，其特征在于：所述介質(zhì)柱為圓柱狀且高度相同。