基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜及其设计方法

本发明涉及微纳光学领域，尤其是基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜及其设计方法。

背景技术：

1、杂散光是限制光学系统成像性能的外界因素之一。大角度的杂散光进入成像系统后覆盖在有效成像区域，形成成像炫光而降低图像对比度。传统成像系统多采用机械光阑、遮光罩来限制光束进入系统的角度范围，但无疑增加了系统的轴向长度。随着微纳光学的发展，超构透镜的出现使成像系统尺寸不断小型化，因此，传统的机械遮光结构具有很大的局限性。目前新兴的角度选择性光学器件可通过多层膜结构、光子晶体或导模共振、连续谱束缚态等机制实现。然而，这些器件的光场调控维度有限，主要承担角度相关的透射率调控，若用于成像，还需要额外配置聚焦透镜来组成复杂的系统。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜及其设计方法，解决传统机械遮光结构体积大、轴向长度长，以及独立角度滤波器与成像透镜功能分离的问题。

2、技术方案：本发明所述的一种基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜，包括基底以及设置在基底上若干个超胞；所述超胞由透射振幅相近、横向尺寸不同的两种超构原子交错排布形成，光束在所述超胞的顶部发生干涉，所述超胞的透射率随光束入射角增大而降低。

3、进一步地，两种所述超构原子高度相同，其截面均为正方形。

4、进一步地，两种所述超构原子的材料均为在所述超构透镜工作波段内具有高折射率的介质材料。

5、本发明所述的基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜的设计方法，包括如下步骤：

6、确定超构透镜的目标相位分布、需要抑制的第一入射角范围和需要保留的第二入射角范围；

7、确定超构原子的初始参数并建立初始超胞，对通过全波电磁仿真方法对初始超胞进行参数扫描获得其透射率；

8、选择透射率满足目标透射率响应的初始超胞建立相位库；所述目标透射率响应为在所述第一入射角范围内透射率低、在所述第二入射角范围内透射率高；

9、根据超构透镜的目标相位分布，从所述相位库中为超构透镜的每个位置选择满足目标相位的初始超胞；

10、对所述初始超胞进行空间排布制备得到角度滤波消杂光的超构透镜。

11、进一步地，通过全波电磁仿真方法对初始超胞进行参数扫描获得其透射率以及正入射的出射相位，选择透射率满足目标透射率响应且出射相位覆盖的初始超胞建立相位库。

12、进一步地，采用时域有限差分全波电磁仿真方法，以线偏振光为入射光源对超胞内超构原子的结构尺寸进行参数扫描，获得不同结构尺寸的超胞在不同入射角下的透射率以及出射相位。

13、进一步地，超胞的透射场相位为，当时为超胞的正入射的出射相位，从所述相位库中为超构透镜的每个位置选择与目标相位最接近的初始超胞，其中，和分别为两种超构原子的透射场相位，为光束入射角。

14、进一步地，采用微纳加工工艺制备所述超构透镜。

15、本发明所述的基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜成像系统，包括所述的基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜、cmos成像传感器。

16、本发明所述的计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜的设计方法。

17、有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过超胞内光场的横向干涉实现不同入射角下不同的透射率，并同时引入相位调控，解决了传统角度滤波方法调控维度单一的问题，在成像过程中实现大角度杂散光的消除，提升图像对比度。与机械套筒等传统遮光方案相比，本发明无需增加厘米级轴向遮光结构，可与cmos等成像传感器直接集成，并且易于加工。

1.一种基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜，其特征在于，超构透镜包括基底以及设置在基底上若干个超胞；所述超胞由透射振幅相近、横向尺寸不同的两种超构原子交错排布形成，光束在所述超胞的顶部发生干涉，所述超胞的透射率随光束入射角增大而降低。

2.根据权利要求1所述的基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜，其特征在于，两种所述超构原子高度相同，其截面均为方形。

3.根据权利要求1所述的基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜，其特征在于，两种所述超构原子的材料均为在所述超构透镜工作波段内具有高折射率的介质材料。

4.一种权利要求1-3任一项所述基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的角度滤波消杂光超构透镜的设计方法，其特征在于，对通过全波电磁仿真方法对初始超胞进行参数扫描获得其透射率以及正入射的出射相位，选择透射率满足目标透射率响应且出射相位覆盖的初始超胞建立相位库。

6.根据权利要求5所述的角度滤波消杂光超构透镜的设计方法，其特征在于，采用时域有限差分全波电磁仿真方法，以线偏振光为入射光源对超胞内超构原子的结构尺寸进行参数扫描，获得不同结构尺寸的超胞在不同入射角下的透射率以及出射相位。

7.根据权利要求4所述的角度滤波消杂光超构透镜的设计方法，其特征在于，超胞的透射场相位为，当时为超胞的正入射的出射相位，从所述相位库中为超构透镜的每个位置选择与目标相位最接近的初始超胞，其中，和分别为两种超构原子的透射场相位，为光束入射角。

8.根据权利要求4所述的角度滤波消杂光超构透镜的设计方法，其特征在于，采用微纳加工工艺制备所述超构透镜。

9.一种基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜成像系统，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜和cmos成像传感器。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求4-7任一项所述的基于干涉超胞的角度滤波消杂光超构透镜的设计方法。