[go: up one dir, main page]

CN106772727A - 一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜 - Google Patents

一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜 Download PDF

Info

Publication number
CN106772727A
CN106772727A CN201710136611.2A CN201710136611A CN106772727A CN 106772727 A CN106772727 A CN 106772727A CN 201710136611 A CN201710136611 A CN 201710136611A CN 106772727 A CN106772727 A CN 106772727A
Authority
CN
China
Prior art keywords
grating
lens
light
field
conical surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710136611.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106772727B (zh
Inventor
许吉
袁沭娟
王胜明
陆云清
万洪丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Post and Telecommunication University
Original Assignee
Nanjing Post and Telecommunication University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Post and Telecommunication University filed Critical Nanjing Post and Telecommunication University
Priority to CN201710136611.2A priority Critical patent/CN106772727B/zh
Publication of CN106772727A publication Critical patent/CN106772727A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106772727B publication Critical patent/CN106772727B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜，所述透镜是由单一介质材料的负折射光栅构成的轴棱镜，入射面为平面，出射面为倒圆锥面。本发明提出一种由单一介质材料的负折射光栅构成的轴棱镜来实现对柱矢量光束的紧聚焦。这种透镜主要利用光线的直角偏折，不仅可以用于径向偏振光以形成光针形焦场，还可以用来聚焦旋向偏振光以形成光管形的焦场，而且形成的聚焦场能够达到半高宽的理论极限值。通过合理设计棱镜出射表面结构，改变光栅周期数可以实现对焦场的灵活调控，这就为光捕获、亚波长成像、超分辨率成像等相关领域提供技术参考。

Description

一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜
技术领域
本发明属于人工微结构材料领域，特别涉及一种用于柱矢量光束长焦深聚焦的负折射光栅轴棱镜。
背景技术
柱矢量光束由于具有独特的光强和偏振分布，其亚波长聚焦具有特殊的性质和广泛的应用。目前科研工作者们已经提出了许多不同的实现和调控方法，但是现有的各种方法都存在一定的局限。传统透镜难以实现更加紧致的聚焦，而等离激元透镜无法对两个正交的偏正态同时实现聚焦。
长焦深焦场可以用于粒子加速、荧光成像、二次谐波产生和拉曼光谱研究等等，吸引了科研工作者的广泛关注。传统的用于形成长焦深的透镜都存在一定的缺陷，如抛物面反射镜，由于所形成的焦点与入射光位于抛物面同侧，限制了焦场使用范围；再如表面等离子体激元透镜，其焦深受到近场聚焦的限制。
发明内容
本发明为了克服现有技术的缺陷，提供一种由单一介质光栅构成，能够对柱矢量光束实现长焦深聚焦的透镜。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜，所述透镜是由单一介质材料的负折射光栅构成的轴棱镜，入射面为平面，出射面为倒圆锥面。
进一步的，透镜是以高度固定、外径相同而内径由下而上等量递增d∥的圆环光栅层叠构成，圆环内侧为竖直壁，圆环光栅层的顶角连线形成的倒圆锥面，内侧倒圆锥面呈柱对称结构的环形阶梯状，顶角连线与垂直面之间的夹角为θ。
进一步的，负折射光栅结构的高度为d⊥，根据入射波长调整光栅材料的折射率和结构参数d⊥使光栅结构满足负折射条件：neff＝n-λ/d⊥，neff为光栅结构的等效负折射率，n为材料的折射率，λ是工作波长。
进一步的，介质光栅锥面的结构由公式得出，通过改变光栅周期的d⊥和d∥，对透镜结构大小进行伸缩，从而实现特定工作波长下柱矢量光束的长焦深聚焦。
本申请提出一种由单一介质材料的负折射光栅构成的轴棱镜来实现对柱矢量光束的紧聚焦。这种透镜主要利用光线的直角偏折，不仅可以用于径向偏振光以形成光针形焦场，还可以用来聚焦旋向偏振光以形成光管形的焦场，而且形成的聚焦场能够达到半高宽的理论极限值。通过合理设计棱镜出射表面结构，改变光栅周期数可以实现对焦场的灵活调控，这就为光捕获、亚波长成像、超分辨率成像等相关领域提供技术参考。
本发明的有益效果是：本发明一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜，结构简单、制备容易，且能够实现对柱矢量光束的长焦深聚焦。
附图说明
图1是实施例光栅平锥透镜实现长焦深的表面结构设计与聚焦原理示意图。
图2是实施例光栅平锥镜实现径向偏振光长焦深聚焦的立体图。
图3(a)为径向偏振光实现光针型焦场r-z面的截面图；(b)为旋向偏振光实现光管型焦场r-z面的截面图。
图4(a)、(b)光栅周期为25时的光针型焦场r-z面的截面图以及它的光强分布示意图；(c)、(d)光栅周期为35时的光针型焦场r-z面的截面图以及它的光强分布示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示为光栅平锥透镜实现长焦深的表面结构设计图。
如图2所示为光栅平锥镜实现径向偏振光长焦深聚焦的立体图。
如图3所示，本实施例的介质光栅长焦深透镜，入射光为呈Bessel-Gaussian分布，为了在λ＝532nm的波段内具有负折射率，选定材料为GaN，设置光栅竖直高度和宽度d⊥＝d∥＝145nm，根据公式neff＝n-λ/d⊥计算得出等效负折射率为neff＝-1。
在本实施例中沿纵向的结构单元为35层，光栅平锥镜的结构由公式求出，且θ＝45°。
图3(a)、(b)分别给出了频率为λ＝532nm的呈Bessel-Gaussian分布的径向偏振光入射到该平锥镜，其r-z平面上的焦场分布图，由图可见在轴心处实现了长焦深聚焦。
由此实施例可以看出，本发明提出的平锥镜结构简易，可以实现对径向偏振光、旋向偏振光的长焦深聚焦，而且通过改变光栅周期可以实现焦场的伸缩。这说明本实施例的介质光栅平锥镜能够实现对柱矢量光束的长焦深聚焦。

Claims (4)

1.一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜，其特征在于：所述透镜是由单一介质材料的负折射光栅构成的轴棱镜，入射面为平面，出射面为倒圆锥面。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：所述透镜是以高度固定、外径相同而内径由下而上等量递增d∥的圆环光栅层叠构成，圆环内侧为竖直壁，圆环光栅层的顶角连线形成的倒圆锥面，内侧倒圆锥面呈柱对称结构的环形阶梯状，顶角连线与垂直面之间的夹角为θ。
3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述负折射光栅结构的高度为d⊥，根据入射波长调整光栅材料的折射率和结构参数d⊥使光栅结构满足负折射条件：neff＝n–λ/d⊥，neff为光栅结构的等效负折射率，n为材料的折射率，λ是工作波长。
4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于：所述介质光栅锥面的结构由公式得出，θ为光栅顶角连线与垂直面之间的夹角，neff为棱镜等效负折射率，通过改变光栅周期的d⊥和d∥，对透镜结构大小进行伸缩，从而实现特定工作波长下柱矢量光束的长焦深聚焦。
CN201710136611.2A 2017-03-09 2017-03-09 一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜 Active CN106772727B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710136611.2A CN106772727B (zh) 2017-03-09 2017-03-09 一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710136611.2A CN106772727B (zh) 2017-03-09 2017-03-09 一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106772727A true CN106772727A (zh) 2017-05-31
CN106772727B CN106772727B (zh) 2019-07-09

Family

ID=58961811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710136611.2A Active CN106772727B (zh) 2017-03-09 2017-03-09 一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106772727B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107589543A (zh) * 2017-10-18 2018-01-16 重庆大学 一种基于归一化频谱压缩的长焦深聚焦透镜及设计方法
CN108535865A (zh) * 2018-05-23 2018-09-14 南京邮电大学 一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法
CN110174719A (zh) * 2019-05-06 2019-08-27 南京邮电大学 基于双曲超材料的柱矢量光束亚波长聚焦透镜
CN116360018A (zh) * 2023-04-11 2023-06-30 南京邮电大学 一种全介质微透镜及其使用方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103969710A (zh) * 2014-04-04 2014-08-06 南京邮电大学 一维金属光子晶体柱对称矢量光束聚焦平凹镜
WO2015059862A1 (ja) * 2013-10-22 2015-04-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 回折格子レンズ、それを有する光学系の設計方法、画像算出プログラムおよび回折格子レンズの製造方法
CN105116474A (zh) * 2015-09-16 2015-12-02 南京邮电大学 一种柱矢量光束长焦深亚波长聚焦的一维光子晶体平锥镜
CN105403936A (zh) * 2015-12-09 2016-03-16 南京邮电大学 一种柱矢量光束聚焦的负折射率光栅平凹镜

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015059862A1 (ja) * 2013-10-22 2015-04-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 回折格子レンズ、それを有する光学系の設計方法、画像算出プログラムおよび回折格子レンズの製造方法
CN103969710A (zh) * 2014-04-04 2014-08-06 南京邮电大学 一维金属光子晶体柱对称矢量光束聚焦平凹镜
CN105116474A (zh) * 2015-09-16 2015-12-02 南京邮电大学 一种柱矢量光束长焦深亚波长聚焦的一维光子晶体平锥镜
CN105403936A (zh) * 2015-12-09 2016-03-16 南京邮电大学 一种柱矢量光束聚焦的负折射率光栅平凹镜

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107589543A (zh) * 2017-10-18 2018-01-16 重庆大学 一种基于归一化频谱压缩的长焦深聚焦透镜及设计方法
CN108535865A (zh) * 2018-05-23 2018-09-14 南京邮电大学 一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法
CN110174719A (zh) * 2019-05-06 2019-08-27 南京邮电大学 基于双曲超材料的柱矢量光束亚波长聚焦透镜
CN116360018A (zh) * 2023-04-11 2023-06-30 南京邮电大学 一种全介质微透镜及其使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106772727B (zh) 2019-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7199224B2 (ja) 中空ナノジェットレンズによる近傍界フォーカシング
KR102436892B1 (ko) 입사 전자기파로부터, 근거리 구역에서 적어도 하나의 집속된 빔을 형성하는 디바이스
CN105403936B (zh) 一种柱矢量光束聚焦的负折射率光栅平凹镜
CN111007587B (zh) 一种全介质、宽带偏振与相位调控超表面及远场超分辨聚焦器件
CN106772727A (zh) 一种柱矢量光束介质光栅长焦深聚焦透镜
CN105116474B (zh) 一种柱矢量光束长焦深亚波长聚焦的一维光子晶体平锥镜
CN109031477A (zh) 一种全介质超表面级联的广角平面镜头制作方法
CN106199997B (zh) 一种大视场超分辨成像器件
CN104914492B (zh) 可调贝塞尔光束产生装置及其高阶圆环达曼光栅的设计方法
CN111175862B (zh) 一种全介质平场扫描超分辨平面透镜
CN106526872B (zh) 一种透射式激光光束整形系统
CN104849779B (zh) 一种能产生长距离Bessel光束的光学元件
CN108535865A (zh) 一种焦距可控的负折射光栅平凹镜设计方法
CN107589543B (zh) 一种基于归一化频谱压缩的长焦深聚焦透镜及设计方法
CN109239897A (zh) 一种离轴三反无焦光学系统
CN104122607A (zh) 基于三连杆柱和圆环柱的大绝对禁带正方晶格光子晶体
CN206627648U (zh) 一种全介质光栅平锥镜
CN104101946A (zh) 基于单连杆柱和圆环柱的大绝对禁带正方晶格光子晶体
CN108897075B (zh) 一种基于硅球及光子晶体负折射效应的亚波长成像器件
CN105005153B (zh) 一种适用于宽波段矢量光场的消色差光瞳滤波器
CN108646330B (zh) 一种全透波带片
RU2552029C1 (ru) Фокусирующая оптическая система с тороидальными зеркалами
CN209028289U (zh) 一种离轴三反无焦光学系统
CN114706151A (zh) 一种基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜
CN115113308B (zh) 一种具有角放大功能的超分辨成像透镜

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: No. 66, New Model Road, Gulou District, Nanjing City, Jiangsu Province, 210000

Applicant after: Nanjing Post & Telecommunication Univ.

Address before: 210023 9 Wen Yuan Road, Ya Dong new town, Qixia District, Nanjing, Jiangsu.

Applicant before: Nanjing Post & Telecommunication Univ.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20170531

Assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications Nantong Institute Limited

Assignor: Nanjing Post & Telecommunication Univ.

Contract record no.: X2019980001260

Denomination of invention: Dielectric grating long-focus deep-focusing lens of column vector light beam

Granted publication date: 20190709

License type: Common License

Record date: 20191224

EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract
EC01 Cancellation of recordation of patent licensing contract

Assignee: NANJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS NANTONG INSTITUTE Co.,Ltd.

Assignor: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS

Contract record no.: X2019980001260

Date of cancellation: 20220304