一种基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜

1.本发明涉及透镜领域，具体涉及一种基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜。


背景技术：

2.透镜是一种基础光学元件，在成像、精密测量以及光通信等科学与工业领域中起着至关重要的作用。传统光学透镜经过切割、打磨表面、精抛光和镀膜等系列复杂程序制作而成。一般而言，传统透镜具有体积大、成本高和重量大等不足。近年来超构透镜作为新兴技术，解决了传统透镜的上述不足。
3.超构透镜是一种由平面化微纳结构构成的微型光学成像器件，可以对入射光的偏振、振幅和相位进行灵活调控，为集成光学器件提供了一个有前途的平台。与笨重的传统光学透镜相比，超构透镜具有平面化、体积小、成本低、易于集成等优点。因此，超构透镜具有降低现有相机、显示器等光学器件尺寸和复杂度的潜力，在增强现实、虚拟现实、医学等领域显示出广阔的应用前景。超构透镜的工作机制主要基于三种相位调控方案，即贝里相位(adv.mater.27(7),1195-1200,2015)、共振相位(science 340(6130),331-334,2013)和传播相位(science 352(6290),1190-1194,2016)。贝里相位又称几何相位，贝里相位方案非常简单，并具有抗制造误差的鲁棒性，但是这种方案仅适用于圆偏振光并产生具有相反圆偏振的输出光。共振相位方案具有相位和振幅联合调控的能力，但是这种方案仅适用于线性偏振光并产生具有交叉偏振的输出光。贝里相位方案和共振相位方案存在偏振敏感、透过率低和窄谱调控的问题。传播相位方案中，相位调控依赖于光程差，这使得传播相位方案具有宽谱调控的潜力，但是输出光的偏振特性还没有研究。由于材料的偏振敏感性，偏振对于许多光学应用至关重要，探索在任意偏振入射下的保偏(即，出射光的偏振方向与入射光偏振方向保持一致)聚焦具有重要意义。
4.中红外(mid-infrared,mir)波段(3.1～8.0μm)覆盖了大气窗口的透明区域和大多数分子的特征指纹光谱。它在生物传感、高精度热成像、分子检测等方面具有巨大的应用潜力。然而，对于构建中红外宽谱超构透镜的微结构的研究仍然比较少。现有研究表明，工作在传播相位模式下的圆柱型超构透镜(nano lett.16(11),7229,2016)和方型超构透镜(nano lett.17(3),1819,2017)对可见光具有较好的聚焦效果，但是这两种结构用于中红外聚焦还没有报道。同时，探索除圆柱型超构透镜和方型超构透镜之外的中红外超构透镜也具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术的不足，提供一种基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜，用以解决现有贝里相位型超构透镜和共振相位型超构透镜的偏振敏感、透过率低和窄谱聚焦的问题，中红外宽谱入射光在透过本发明超构透镜的表面时能够形成聚焦，且本发明超构透镜可以对任意偏振方向的中红外宽谱入射光执行保偏出射和宽谱聚焦。此
外，本发明中红外超构透镜在垂直入射和斜入射情况下，均能产生聚焦效应，并且在斜入射情况下相比圆柱型超构透镜和方型超构透镜具有更好的聚焦效果，为发展保偏、宽谱和角度不敏感微型光学器件和成像系统铺平了道路。
6.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜，包括基板和排布在所述的基板的同一表面的蛾眼型超构透镜结构，所述的基板能透过3.1～8.0μm波段的宽谱中红外光，所述的蛾眼型超构透镜结构由以阵列形式间隔排布的多个仿生蛾眼型微纳结构单元组成，每个所述的仿生蛾眼型微纳结构单元由硫系玻璃制成，每个所述的仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数由顶部曲率半径r、底部直径d和高度h组成，r、d和h满足关系式：
7.在自然界中，蛾眼具有非常精细的微/纳米结构，具有抗反射功能。本发明中红外超构透镜利用以阵列形式间隔排布的多个仿生蛾眼型微纳结构单元，在基板的一面形成蛾眼型超构透镜结构，该多个仿生蛾眼型微纳结构单元的表面构成超构透镜表面，入射宽谱光在透过超构透镜表面时能够形成聚焦。本发明中红外超构透镜的蛾眼型超构透镜结构可以对从基板的一侧进入的任意偏振方向的中红外宽谱入射光进行波前整形，使出射宽谱光产生聚焦效应并保持出射光的偏振方向与入射光的偏振方向相同。相比于现有圆柱型超构透镜和方型超构透镜，本发明中红外超构透镜在垂直入射和斜入射情况下，均能产生聚焦效应，并且在斜入射情况下具有更好的聚焦效果。本发明为发展保偏、宽谱和角度不敏感微型光学器件和成像系统铺平了道路。
8.作为优选，所述的蛾眼型超构透镜结构由同圆心的一个圆形超结构阵列和多个圆环形超结构阵列组成，所述的多个圆环形超结构阵列依次排布在所述的圆形超结构阵列的外围，所述的圆形超结构阵列和多个圆环形超结构阵列分别由多个仿生蛾眼型微纳结构单元组成，所述的圆形超结构阵列中的仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数完全相同，每个所述的圆环形超结构阵列包括呈同心圆排布的多圈仿生蛾眼型微纳结构单元，不同圆环形超结构阵列的圈数不同，同一圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数完全相同，沿同一圆环形超结构阵列的径向向外的不同圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元的底部直径依次减小，从所述的圆形超结构阵列的最外圈开始并沿该中红外超构透镜的径向向外，相邻的两圈中：外圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元的数量多于内圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元的数量，且外圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元的数量与内圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元的数量之比等于外圈所在的圆周的周长与内圈所在的圆周的周长之比。
9.作为优选，所述的圆环形超结构阵列的数量至少为4个。
10.本发明基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜设计时，所设计的仿生蛾眼型微纳结构单元构成的阵列只要满足宽谱波段的中间波长的聚焦便能实现宽谱波段的聚焦，即只要满足宽谱波段的中间波长5.1μm的聚焦便能实现宽谱波段3.1～8.0μm的聚焦。作为优选，该保偏宽谱聚焦中红外超构透镜的设计方法为：根据该保偏宽谱聚焦中红外超构透镜的目标焦距，确定其表面不同空间位置处的相位，相位的取值范围为0到2π，通过相位与仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数及排列周期p的一一对应关系确定的仿生蛾眼型微纳结构单元的排布，即构成所述的蛾眼型超构透镜结构。
11.作为优选，每个相位与仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数及排列周期p的一一
对应关系采用有限元方法并利用comsol multiphysics软件计算得到。
12.入射光在本发明中红外超构透镜的仿生蛾眼型微纳结构单元内部传输过程中的波导效应会产生相应的相位累积，通过改变仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数和排列周期，便可以调控相应的相位累积，进而对出射光产生0到2π范围内的全相位调控。进一步地，当仿生蛾眼型微纳结构单元的高度h和排列周期p确定时，通过改变仿生蛾眼型微纳结构单元的底部直径d可对出射光产生0到2π范围内的全相位调控，对应的单个仿生蛾眼型微纳结构单元的波导型相位的表达式为：
[0013][0014]
其中n
eff
(d)为与单个仿生蛾眼型微纳结构单元结构对应的有效折射率，λ为入射波长。
[0015]
作为优选，所述的基板由mgf2基板制成，每个所述的仿生蛾眼型微纳结构单元由as2se3硫系玻璃制成。as2se3硫系玻璃具有高透射率、高折射率(2.88)和相对较低的材料硬度，是制作仿生蛾眼型微纳结构单元的首选材料。
[0016]
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明中红外超构透镜的蛾眼型超构透镜结构可以对从基板一侧进入的任意偏振方向的中红外宽谱入射光进行波前整形，使出射宽谱光产生聚焦效应并保持出射光的偏振方向与入射光的偏振方向相同。通过改变仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数和排列周期，便可以对出射光产生0到2π范围内的全相位调控。相比于现有圆柱型超构透镜和方型超构透镜，本发明中红外超构透镜在垂直入射和斜入射情况下，均能产生聚焦效应，并且在斜入射情况下具有更好的聚焦效果，为发展保偏、宽谱和角度不敏感微型光学器件和成像系统铺平了道路。
附图说明
[0017]
图1为本发明中红外超构透镜的外观参考示意图；
[0018]
图2a为实施例中仿生蛾眼型微纳结构单元的三维立体示意图；图2b为实施例中仿生蛾眼型微纳结构单元的正视图；
[0019]
图3a为构成实施例中保偏宽谱聚焦中红外超构透镜的用于提供八个离散相位的八个仿生蛾眼型微纳结构单元的示意图；图3b为八个仿生蛾眼型微纳结构单元的底部直径与出射电场的振幅和相位关系图；图3c为八个仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数及排列周期p；
[0020]
图4a为波长为5.1μm的x偏振入射光作用下八个仿生蛾眼型微纳结构单元对应的斯托克斯参量；图4b为从八个仿生蛾眼型微纳结构单元出射的x偏振和y偏振电场的振幅和相位；图4c为实施例中基于仿生蛾眼结构的光束偏折器；图4d为在x偏振入射下基于仿生蛾眼结构的光束偏折器的x偏振输出电场振幅分布；图4e为在x偏振入射下基于仿生蛾眼结构的光束偏折器的y偏振输出电场振幅分布；
[0021]
图5a为实施例中八个离散相位构成的离散相位分布示意图，用于产生焦距为100μm的聚焦；图5b为实施例中保偏宽谱聚焦中红外超构透镜的俯视示意图及局部放大图；图5c为x偏振入射下出射电场的强度分布示意图；图5d为在任意偏振态入射下的聚焦示意图；
[0022]
图6为实施例中保偏宽谱聚焦中红外超构透镜在任意偏振入射下的保偏示意图；
[0023]
图7a为x偏振的不同波长入射光照射保偏宽谱聚焦中红外超构透镜时出射电场的强度演化示意图；图7b为保偏宽谱聚焦中红外超构透镜的调控效率和聚焦效率随波长的变化曲线；
[0024]
图8a、图8b和图8c分别为本发明中红外超构透镜、现有圆柱型超构透镜和现有方型超构透镜在斜入射情况下的聚焦效果图。
具体实施方式
[0025]
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0026]
实施例一：一种基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜，如图1所示，包括由mgf2基板1制成的基板1和排布在基板1的同一表面的蛾眼型超构透镜结构，基板1能透过3.1～8.0μm波段的宽谱中红外光，蛾眼型超构透镜结构由以阵列形式间隔排布的多个仿生蛾眼型微纳结构单元2组成，每个仿生蛾眼型微纳结构单元2由as2se3硫系玻璃制成，每个仿生蛾眼型微纳结构单元2的结构参数由顶部曲率半径r、底部直径d和高度h组成，r、d和h满足关系式：
[0027]
实施例一中，蛾眼型超构透镜结构由同圆心的一个圆形超结构阵列3和多个圆环形超结构阵列4组成(图1中示出了3个圆环形超结构阵列4)，多个圆环形超结构阵列4依次排布在圆形超结构阵列3的外围，圆形超结构阵列3和多个圆环形超结构阵列4分别由多个仿生蛾眼型微纳结构单元2组成，圆形超结构阵列3中的仿生蛾眼型微纳结构单元2的结构参数完全相同，每个圆环形超结构阵列4包括呈同心圆排布的多圈仿生蛾眼型微纳结构单元2，不同圆环形超结构阵列4的圈数不同，同一圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元2的结构参数完全相同，沿同一圆环形超结构阵列4的径向向外的不同圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元2的底部直径依次减小，从圆形超结构阵列3的最外圈开始并沿该中红外超构透镜的径向向外，相邻的两圈中：外圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元2的数量多于内圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元2的数量，且外圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元2的数量与内圈上的仿生蛾眼型微纳结构单元2的数量之比等于外圈所在的圆周的周长与内圈所在的圆周的周长之比。
[0028]
上述保偏宽谱聚焦中红外超构透镜的设计方法为：根据该保偏宽谱聚焦中红外超构透镜的目标焦距，确定其表面不同空间位置处的相位，相位的取值范围为0到2π，通过相位与仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数及排列周期p的一一对应关系确定的仿生蛾眼型微纳结构单元的排布，即构成所述的蛾眼型超构透镜结构。其中，每个相位与仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数及排列周期p的一一对应关系采用有限元方法并利用comsol multiphysics软件计算得到。具体地，当仿生蛾眼型微纳结构单元的高度h和排列周期p确定时，通过改变仿生蛾眼型微纳结构单元的底部直径d可对出射光产生0到2π范围内的全相位调控，对应的单个仿生蛾眼型微纳结构单元的波导型相位的表达式为：
[0029][0030]
其中n
eff
(d)为与单个仿生蛾眼型微纳结构单元结构对应的有效折射率，λ为入射波长。
[0031]
任意偏振的宽谱入射光照射上述基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构
透镜时，出射光的偏振态与入射光的偏振态保持一致并产生聚焦效应。
[0032]
上述r、d和h满足的关系式的推导过程如下：
[0033]
如图2a所示，三维的仿生蛾眼型微纳结构单元由旋转抛物面(s)和z＝0平面围成的空间构成。旋转抛物面(s)满足以下等式：
[0034][0035]
其中，(x,y)是空间坐标。旋转抛物面(s)与y＝0平面的交线构成的二维抛物线(s|y＝0)的方程式可以表示为：
[0036][0037]
由方程(2)描述的二维抛物线如图2b所示。仿生蛾眼型微纳结构单元顶部的空间坐标为(0,h)，此位置处的曲率半径r可计算为：
[0038][0039]
其中z'和z”是等式(2)对x的一阶和二阶导数。将等式(2)带入等式(3)可以得到曲率半径r：
[0040][0041]
需要注意的是，曲率半径r取决于d和h，然而，在使用fdtd仿真软件构建仿生蛾眼型微纳结构单元时，d、h、r这三个结构参数是必不可少的。
[0042]
以波长为5.1μm的中红外x偏振的入射光为例，利用comsol multiphysics仿真软件，采用有限元方法对不同参数(d,h,p,r)的仿生蛾眼型微纳结构单元的出射电场进行全波仿真。通过参数扫描，为了获得较大的出射电场强度，我们将周期p选为2.4μm，高度h选为3.7μm。由于入射光在仿生蛾眼型微纳结构单元内部传输过程中的波导效应会产生相应的相位累积，因此通过改变仿生蛾眼型微纳结构单元的底部直径可以相应地调节对应的相位累积，进而对出射光产生0到2π范围内的全相位调控。仿生蛾眼型微纳结构单元的高度h为常数3.7μm、排列周期p为2.4μm时，实现0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4这八个离散相位调控的八个仿生蛾眼型微纳结构单元的底部直径d与排列周期p的关系分别为0.97p、0.93p、0.86p、0.78p、0.73p、0.65p、0.56p、0.33p。图3a展示了构成保偏宽谱聚焦中红外超构透镜的用于提供八个离散相位的八个仿生蛾眼型微纳结构单元的示意图，八个仿生蛾眼型微纳结构单元按底部直径从小到大分别以数字1～8表示，提供八个离散相位：0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4)。图3b展示了八个仿生蛾眼型微纳结构单元的底部直径与出射电场的振幅和相位关系图。图3c展示了八个仿生蛾眼型微纳结构单元的结构参数及排列周期p。
[0043]
实施例二：以实施例一中八个仿生蛾眼型微纳结构单元构造光束偏折器，具体为：
[0044]
图4a为波长为5.1μm的x偏振入射光作用下八个仿生蛾眼型微纳结构单元对应的斯托克斯参量，用于描述八个仿生蛾眼型微纳结构单元调控的出射光的偏振态。其中，在波长为5.1μm的x偏振光入射下，我们计算了出射光的斯托克斯参数(i、q、u和v)。i＝1是归一
化的出射光总强度；q是沿x偏振方向的光分量；u是与x轴成45
°
方向偏振的光分量；v是右旋圆偏振光分量。然后用公式可以计算出出射光的偏振度p。p＝1表示出射光属于完全偏振光。因此，总的出射光可以分为x偏振分量和y偏振分量。我们提取了这两个正交偏振分量，然后在图4b中绘制了两个偏振态的振幅和相位。结果表明这八个蛾眼型微纳结构单元对x偏振出射光产生0～2π的全相位调控。由于出射光的偏振度p＝1，因此我们可以将出射光的调控效率定义为目标出射光(x偏振出射光)的强度与总出射光强度之间的比值：
[0045][0046]
根据等式(5)和图4b所示的数据，八个仿生蛾眼型微纳结构单元对x偏振出射光的调控效率为100％。
[0047]
为了验证仿生蛾眼型微纳结构单元的相位调制和保偏特性，我们用八个仿生蛾眼型微纳结构单元构建了以15.4度角进行偏折的光束偏折器，如图4c所示。我们使用有限元方法对从mgf2基板垂直入射的x偏振入射电场激发下的输出电场进行了全波模拟。我们理论提取了x偏振的出射电场(对应的出射角为15度)，如图4d所示。数值计算出的出射角与理论出射角吻合较好，由此证明了八个仿生蛾眼型微纳结构单元的相位调制功能。为了计算光束偏折器的调控效率，我们理论提取了y偏振的出射电场，如图4e所示。结果显示y偏振出射电场的分量为0。结合dop的值(p＝1)和y偏振输出电场的零分量，我们可以得出光束偏折器的出射电场为x偏振，这与入射光的偏振态一致。由此，证明了实施例一中八个仿生蛾眼型微纳结构单元构造光束偏折器时，具有保偏特性并且偏折器的调控效率为100％。
[0048]
实施例三：将实施例一中基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜用于对任意偏振的入射光进行保偏聚焦，具体为：
[0049]
为了对中红外波段(5.1μm)的入射光产生焦距为100μm的聚焦，所需的相位可以写为：
[0050][0051]
其中λ(λ＝5.1μm)是入射波长，f是焦距(f＝100μm)。对公式(6)计算出的连续相位分布进行离散处理，确定八个离散相位(0，π/4，π/2，3π/4，π，5π/4，3π/2，7π/4)构成的离散相位分布，如图5a所示。实施例一的超构透镜如图5b所示。这种超构透镜共有2828个仿生蛾眼型微纳结构单元，每个仿生蛾眼型微纳结构单元的大小为2.4
×
2.4μm2。
[0052]
用fdtd仿真软件对x偏振入射下的出射电场进行数值计算。沿z轴分布的出射电场强度分布如图5c中第一行左侧所示，其中虚线是y＝0μm处的强度分布。图5c中的第二行显示了超构透镜表面处x和y偏振输出电场的强度分布。利用公式(5)以及x和y偏振的电场强度分布，数值计算的调制效率为92％，低于理论值100％。这是由于构造超构透镜过程中引入的结构误差所致。焦平面(z＝100μm)处的电场强度分布显示在图5c中第一行右侧，其中两条虚线表示x＝0μm和y＝0μm处的强度分布。根据这两条虚线，我们计算了半高全宽
(fwhm,full width at half maximum)，约为～4.8μm(0.94λ)。我们将聚焦效率定义为焦平面处直径为d2与超构透镜表面处直径为d1的区域中电场强度积分之比，可写为：
[0053][0054]
其中d1是超构透镜的直径，d2等于3倍的fwhm。根据上述等式(7)以及焦平面和超构透镜表面处的电场强度分布，数值计算的聚焦效率约为～90％。
[0055]
在任意偏振态入射下的聚焦如图5d所示。前三列显示了在三种不同的线性偏振(lp,linearly polarization)入射下的出射电场强度分布。对应的偏振角是相对于x轴的30度(lp_30)、60度(lp_60)和90度(lp_90)。第四列和第五列分别是右旋圆偏振(rcp,right circularly polarization)和左旋圆偏振(lcp,left circularly polarization)入射下的出射电场强度分布。最后两列显示了在右旋椭圆偏振(rep,right elliptically polarization)和左旋椭圆偏振(lep,left elliptically polarization)入射下的输出强度演变。需要注意的是，我们讨论的rep和lep均由两个振幅比为1:2的垂直波组成。插图显示了焦平面(z＝100μm)处的电场强度分布。图5d的结果显示，实施例一的超构透镜对任意偏振的入射光均可以实现相同的聚焦效果。
[0056]
为了验证实施例一的超构透镜对任意偏振入射光的保偏出射性质，我们理论计算了任意偏振入射下(lp_30，lp_60，lp_90，rcp，lcp，rep和lep)八个仿生蛾眼型微纳结构单元的出射电场不同偏振分量的振幅和相位，如图6所示。其中，粗虚线代表与入射偏振方向相同的出射电场，细虚线代表与入射偏振方向不同的出射电场。结果显示，与入射偏振方向不同的出射电场的分量为零，与入射偏振方向相同的出射电场的分量不为零且能够提供0到2π的全相位调控。这表明实施例一的超构透镜在任意偏振入射下均可以实现保偏出射和聚焦。
[0057]
实施例四：将实施例一中基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜用于中红外宽谱聚焦，具体为：
[0058]
对于图5b中构建的超构透镜，我们数值计算了x偏振的不同波长(3.1μm、3.5μm、4.0μm、4.5μm、5.0μm，5.5μm、6.0μm、6.5μm、7.0μm、7.5μm和8.0μm)照射下的出射电场强度演化，如图7a所示。虽然短波长和长波长处的聚焦强度小于中间波长处的聚焦强度，但在3.1μm至8.0μm的中红外宽谱波段均出现了明显的聚焦效应。为了量化波长对调控效率和聚焦效率的影响，我们绘制了调控效率和聚焦效率随波长的变化曲线，如图7b所示。在3.1μm到8.0μm的中红外波段，实施例一的超构透镜能够实现的平均调控效率约为94％。在5.0μm和5.1μm波长处实施例一的超构透镜具有最大的聚焦效率，达到了90％。
[0059]
实施例五：将实施例一中基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜与现有圆柱型超构透镜(nano lett.16(11),7229,2016)和方型超构透镜(nano lett.17(3),1819,2017)进行对比，结果表明本发明中红外超构透镜在斜入射聚焦方面具有更好的聚焦效果，具体过程为：
[0060]
实施例一中基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜与现有圆柱型超构透镜和方型超构透镜在斜入射情况下的聚焦效果对比图如图8所示。其中，这三种超构透
镜均提供如图5a所示的相同相位调控。以30度斜入射为例，利用fdtd仿真软件计算了波长为5.1μmx偏振入射光作用下的出射电场强度分布。本发明中仿生蛾眼型微纳结构单元的示意图及其8个离散相位(0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4)对应的结构参数(d、h)和出射电场的电场强度分布如图8a所示。圆柱型微纳结构单元的示意图及其8个离散相位(0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4)对应的结构参数(d，h)和出射电场的电场强度分布如图8b所示。方型微纳结构单元的示意图及其8个离散相位(0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4)对应的结构参数(l，h)和出射电场的电场强度分布如图8c所示。三种聚焦效果表明，在斜入射条件下，本发明中的中红外超构透镜的聚焦效果优于现有圆柱型超构透镜和方型超构透镜。
[0061]
综上，本发明涉及的一种基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜，目的是在中红外波段(3.1～8.0μm)对任意偏振的入射光实现保偏和宽谱聚焦。我们相信本专利的研究在相应领域做出了重大贡献，因为尚未研究过能够在任意偏振入射下保持偏振和宽谱聚焦的超构透镜。此外，本发明基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜具有重要的潜在应用价值，因为它实现了高调控效率和高聚焦效率。并且，本发明基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜在垂直入射和倾斜入射下均能工作。与先前报道的超构透镜相比(nano lett.16(11),7229,2016；nano lett.17(3),1819,2017)，本发明提出的基于仿生蛾眼结构的保偏宽谱聚焦中红外超构透镜在倾斜入射情况下，能够表现出更好的聚焦效果，这保证了本发明超构透镜与传统透镜一样能够有效地传输光。本发明为发展保偏、宽谱和角度不敏感微型光学器件和成像系统铺平了道路。
[0062]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。