一种反射式超构表面主镜、辅镜和望远镜系统的制作方法
本发明实施例涉及超构表面技术领域，尤其涉及一种反射式超构表面主镜、辅镜和望远镜系统。
背景技术：
传统的反射式望远镜系统主要包括牛顿反射式望远镜系统、卡塞格林反射式望远镜系统和格里高里反射式望远镜系统，它们均由主镜和辅镜构成。外界光依次经过主镜和辅镜的反射后可实现聚焦与成像。上述三种反射式望远镜系统的主镜都为凹面反射镜，它们的辅镜分别为平面反射镜、凸面反射镜和凹面反射镜。这些系统的成功实施需要精心地设计其中的曲面反射镜，通过曲面反射镜表面连续的几何曲率变化来实现理想的相位调谐和波前整形。因此，获得高质量的两反射镜系统对镜面的研磨、抛光等制备工艺的要求十分严格，加工速度慢且成本高昂。
另外，用于天文观测的望远镜，为了能更好地看清来自遥远星体传来的微弱星光，需要尽可能大口径的望远镜系统来收集信号，进一步加大了其制备难度和成本。同时，制备上的困难也限制了望远镜系统口径的大小，进而限制了天文观测的能力。此外，曲面结构占用的体积往往较大，这一方面限制了大口径空间望远镜系统的发展，同时也不利于微型望远镜系统的发展。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是提出一种反射式超构表面主镜、辅镜和望远镜系统，以实现平面反射式超构表面用于反射式望远镜系统的设计，解决传统的反射式望远镜系统制备难度高、加工速度慢、成本高以及体积大的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种反射式超构表面主镜，包括：
透明衬底；
位于所述透明衬底之上的主镜超构表面功能单元图案，所述主镜超构表面功能单元图案满足主镜相位分布，以将外界的入射光反射到反射式超构表面辅镜上，并经所述反射式超构表面辅镜进行反射聚焦；
其中，所述主镜超构表面功能单元图案包括位于设定环形区域内的主镜超构表面功能结构，所述主镜超构表面功能结构包括多个主镜超构表面功能单元，所述主镜超构表面功能单元包括各向异性的主镜亚波长结构，所述主镜亚波长结构引入的相位满足所述主镜相位分布；所述设定环形区域围成一透光孔，经所述反射式超构表面辅镜反射的光透过所述透光孔进行聚焦。
第二方面，本发明实施例提供了一种反射式超构表面辅镜，包括：
透明衬底；
位于所述透明衬底之上的辅镜超构表面功能单元图案，所述辅镜超构表面功能单元图案满足辅镜相位分布，以对经反射式超构表面主镜反射到所述反射式超构表面辅镜上的入射光进行反射聚焦；
其中，所述辅镜超构表面功能单元图案包括位于设定圆形区域内的辅镜超构表面功能结构，所述辅镜超构表面功能结构包括多个辅镜超构表面功能单元，所述辅镜超构表面功能单元包括各向异性的辅镜亚波长结构，所述辅镜亚波长结构引入的相位满足所述辅镜相位分布；所述设定圆形区域用于与所述反射式超构表面主镜上的透光孔相对准，以使经所述辅镜超构表面功能结构反射的光透过所述透光孔进行聚焦。
第三方面，本发明实施例提供了一种望远镜系统，包括上述第一方面所述的反射式超构表面主镜和上述第二方面所述的反射式超构表面辅镜；
所述反射式超构表面主镜具有主镜超构表面功能结构的一面与所述反射式超构表面辅镜具有辅镜超构表面功能结构的一面相对设置，所述反射式超构表面主镜与所述反射式超构表面辅镜之间间隔一设定距离，且所述反射式超构表面辅镜上的辅镜超构表面功能结构与所述反射式超构表面主镜上的透光孔相对准。
本发明的有益效果是：本发明提供的反射式超构表面主镜、辅镜和望远镜系统，在平面的反射式超构表面主镜的透明衬底上形成满足主镜相位分布的环形主镜超构表面功能结构，并在平面的反射式超构表面辅镜的透明衬底上形成满足辅镜相位分布的圆盘状辅镜超构表面功能结构，使得入射光经主镜超构表面功能结构反射到辅镜超构表面功能结构上后，可由辅镜超构表面功能结构再次反射，经反射式超构表面主镜上的透光孔后聚焦。由此通过上述反射式超构表面主镜和反射式超构表面辅镜的组合设计，实现了基于平面反射式超构表面的望远镜系统的设计，解决了传统的反射式望远镜系统制备难度高、加工速度慢、成本高以及体积大的问题。本发明利用平面反射式超构表面来替代传统的曲面反射镜，具有轻薄紧致和便于集成的优点，且超构表面的制备工艺也大大降低了传统的曲面反射镜的制备难度，有利于实现大口径反射式望远镜系统和便携且易于集成的微型望远镜系统。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：
图1是传统的反射式望远镜系统的侧视图；
图2是本发明实施例提供的平面的超构表面反射镜反射入射光的示意图；
图3是本发明实施例提供的超构表面功能单元的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的反射式望远镜系统的侧视图；
图5是本发明实施例提供的反射式超构表面主镜的俯视图；
图6是本发明实施例提供的反射式超构表面辅镜的俯视图；
图7是本发明实施例提供的一种反射式超构表面主镜的制备方法的流程示意图；
图8-图12是图7的反射式超构表面主镜的制备方法的各流程对应的反射式超构表面主镜的侧视图；
图13是本发明实施例提供的一种反射式超构表面辅镜的制备方法的流程示意图；
图14-图19是图13的反射式超构表面辅镜的制备方法的各流程对应的反射式超构表面辅镜的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是传统的反射式望远镜系统的侧视图。如图1所示，该反射式望远镜系统包括曲面主镜10和曲面辅镜20，曲面辅镜20与曲面主镜10上的开孔相对准，入射光100经曲面主镜10的反射面反射至曲面辅镜20的反射面上，再经曲面辅镜20反射并透过曲面主镜10的开孔聚焦至a点。然而，该传统的反射式望远镜系统需要通过曲面主镜10和曲面辅镜20反射面连续的几何曲率变化来实现理想的相位调谐和波前整形，因此，要想获得高质量的反射式聚焦，需要苛刻的研磨和抛光等制备工艺，加工速度慢且成本高昂，同时大口径的望远镜系统的制备受限，进而限制了天文观测的能力，且曲面反射镜占用的体积较大，不利于微型望远镜系统的发展。
超构表面为此提供了一种有效的解决方案，它是由具有空间变化的亚波长超构表面功能单元构成的界面，通过精心地设计超构表面功能单元，可以在亚波长尺度下实现对电磁波的偏振、振幅和相位的有效调控。超构表面的二维属性使其能实现体积更紧凑，质量更轻，损耗更低的电磁功能元件。且超构表面的制备工艺与现有的互补金属氧化物半导体技术兼容，更容易集成到现有的光电技术中。基于超构表面设计的平面元件具有广泛的应用，例如实现全息成像、偏振转换、产生光的自旋轨道角动量和异常反射/折射等。在基于超构表面的精密光学元件中，最有吸引力和应用前景的例子要数平面透镜，它既可以作为单个透镜，也能构成透镜组，甚至组合成其它更复杂的光学系统。超构表面透镜使折射光学元件变得轻薄紧凑易于集成，可以在具有更先进功能的超小型光学设备中发挥更重要的作用。但望远镜系统作为重要的科学研究工具，却少有涉及。因此，基于平面反射式超构表面实现的反射式望远镜系统，将会对天文观测领域带来革命性的意义。
基于此，本发明利用平面的反射式超构表面实现了反射式望远镜系统的设计，使得反射式望远镜系统具有轻薄紧致和便于集成的优点，且超构表面的制备工艺也大大降低了传统曲面反射镜的制备难度，有利于实现反射式望远镜系统大批量低成本地生产及装配。
图2是本发明实施例提供的平面的超构表面反射镜反射入射光的示意图；图3是本发明实施例提供的超构表面功能单元的结构示意图。如图2所示，超构表面反射镜30是根据广义的反射定律设计的，其中，广义的反射定律可理解为反射光沿反射界面方向的波矢分量等于入射光沿反射界面方向的波矢分量与反射面上引入的额外相位梯度的矢量和。示例性的，该超构表面反射镜30具有梯度相位超构表面，图2中虚线箭头表示水平镜面反射光，实线箭头表示该超构表面反射镜30实现的梯度相位超构表面反射光，显然，梯度相位超构表面反射光相对于水平镜面反射光反射光发生了偏转，这正是由于超构表面引入的额外相位梯度引起的。
具体的，如图3所示，该超构表面反射镜包括多个超构表面功能单元31，每个超构表面功能单元31至少包括具有各向异性的亚波长结构311。由贝里几何相位原理，即圆偏振光与各向异性的亚波长结构相互作用，可以使入射圆偏振光的圆偏振态发生反转同时引入几何相位因子
基于上述超构表面反射镜的结构及原理，本发明可通过设置超构表面反射镜各超构表面功能单元的亚波长结构的方位角，使整个超构表面反射镜满足特定的相位分布，利用至少两个超构表面反射镜组合成反射式望远镜系统。示例性的，图4是本发明实施例提供的反射式望远镜系统的侧视图，如图4所示，该反射式望远镜系统包括相对设置的反射式超构表面主镜1和反射式超构表面辅镜2，反射式超构表面主镜1和反射式超构表面辅镜2之间具有一定间距，同时结合图5和图6，反射式超构表面主镜1包括环形的主镜超构表面功能结构11和主镜超构表面功能结构11所述围绕的圆形的透光孔12，主镜超构表面功能结构11包括多个主镜超构表面功能单元(图5中未示出，可参考图3的超构表面功能单元的结构)，主镜超构表面功能单元包括主镜亚波长结构111，主镜亚波长结构111以特定的方位角排布于主镜超构表面功能结构11上；反射式超构表面辅镜2包括圆盘状的辅镜超构表面功能结构21，辅镜超构表面功能结构21包括多个辅镜超构表面功能单元(图6中未示出，可参考图3的超构表面功能单元的结构)，辅镜超构表面功能单元包括辅镜亚波长结构211，辅镜亚波长结构211以特定的方位角排布于辅镜超构表面功能结构21上，其中，反射式超构表面主镜1具有主镜超构表面功能结构11的一面与反射式超构表面辅镜2具有辅镜超构表面功能结构21的一面相对设置，反射式超构表面辅镜2的辅镜超构表面功能结构21与反射式超构表面主镜1的透光孔12相对准，到达主镜超构表面功能结构11的入射光100由于主镜亚波长结构111引入的额外相位梯度而向特定的方向反射，并反射至辅镜超构表面功能结构21，再由辅镜亚波长结构211引入的额外相位梯度使得经反射式超构表面主镜1反射形成的反射光透过透光孔12聚焦于b点。由此，本发明可通过反射式超构表面主镜1和反射式超构表面辅镜2组合，实现反射式望远镜系统的设计。
示例性的，可参考图5和图12，反射式超构表面主镜包括：
透明衬底201；
位于透明衬底201之上的主镜超构表面功能单元图案，主镜超构表面功能单元图案满足主镜相位分布，以将外界的入射光反射到反射式超构表面辅镜上，并经反射式超构表面辅镜进行反射聚焦；
主镜超构表面功能单元图案包括位于设定环形区域内的主镜超构表面功能结构11，主镜超构表面功能结构11包括多个主镜超构表面功能单元，主镜超构表面功能单元包括各向异性的主镜亚波长结构111，主镜亚波长结构111引入的相位满足主镜相位分布；设定环形区域围成一透光孔12，经反射式超构表面辅镜反射的光透过透光孔12进行聚焦。
本实施例可根据牛顿反射式望远镜系统、卡塞格林反射式望远镜系统、格里高里反射式望远镜系统或曲面反射镜的几何形状，设计主镜相位分布。
具体的，根据牛顿反射式望远镜系统设计的反射式超构表面主镜，主镜相位分布根据第一设定参数结合射线光学及广义的反射定律确定，其中，第一设定参数包括主镜口径、系统焦比和系统工作波长。此时，只需要确定反射式超构表面主镜的聚焦特性即可，反射式超构表面辅镜为传统的平面反射镜，仅用于改变经反射式超构表面主镜反射的光线的传播方向，调节焦点的位置。
根据卡塞格林反射式望远镜系统或格里高里反射式望远镜系统设计的反射式超构表面主镜，主镜相位分布根据第二设定参数结合射线光学及广义的反射定律确定，其中，第二设定参数包括主镜口径、主镜焦比、系统焦比、系统的焦点到主镜的距离、系统工作波长和入射光到达反射式超构表面主镜上的位置及反射式超构表面主镜反射入射光至反射式超构表面辅镜上的位置的映射关系。本实施例可根据上述第二设定参数，确定入射光进入望远镜系统后的光路，再结合射线光学及广义的反射定律，确定反射式超构表面主镜各个位置需要引入的额外相位梯度，由此可确定整个反射式超构表面主镜的主镜相位分布。
主镜相位分布还可根据设定的反射式望远镜系统中的曲面主镜的几何形状确定。设定的反射式望远镜系统可以为已有的任一曲面反射式望远镜系统或根据需求设置的曲面反射式望远镜系统，本实施例可根据设定的曲面反射式望远镜系统中曲面主镜对光的相位调谐作用，确定本申请的反射式超构表面主镜上对应位置的相位，从而确定整个反射式超构表面主镜的主镜相位分布。示例性的，曲面反射式望远镜系统可以为传统的里奇-克莱琴望远镜系统，能够有效地消除焦平面上的彗差和球差。示例性的，可以根据平行光正入射到曲面主镜上各位置处反射光线的方向角，并结合广义的反射定律确定反射式超构表面主镜上所需引入的相位分布。
可选的，主镜超构表面功能单元包括金属反射层、介质层和各向异性的金属亚波长结构的叠层结构；或者，主镜超构表面功能单元包括金属反射层及各向异性的金属主镜亚波长结构的叠层结构，或金属反射层及各向异性的介质主镜亚波长结构的叠层结构。
可选的，根据贝里几何相位原理设计的反射式超构表面主镜，不同相位对应的主镜亚波长结构的方位角不同，即根据所需相位分布设置不同位置处的主镜亚波长结构的方位角，以使入射光经反射式超构表面主镜反射至反射式超构表面辅镜对应的位置。
可选的，主镜亚波长结构呈棒状和/或椭圆形，以实现较高的圆偏振光转换效率。示例性的，主镜超构表面功能单元包括金属反射层、介质层和金属亚波长结构的叠层结构时，金属反射层和金属亚波长结构的材料为金，介质层的材料为二氧化硅，金属亚波长结构呈棒状时，在近红外波段，圆偏振光转换效率可高达80％。
示例性的，参考图6和图19，反射式超构表面辅镜包括：
透明衬底200；
位于透明衬底200之上的辅镜超构表面功能单元图案，辅镜超构表面功能单元图案满足辅镜相位分布，以对经反射式超构表面主镜反射到反射式超构表面辅镜上的入射光进行反射聚焦；
其中，辅镜超构表面功能单元图案包括位于设定圆形区域内的辅镜超构表面功能结构21，辅镜超构表面功能结构21包括多个辅镜超构表面功能单元，辅镜超构表面功能单元包括各向异性的辅镜亚波长结构211，辅镜亚波长结构211引入的相位满足辅镜相位分布；设定圆形区域用于与反射式超构表面主镜上的透光孔相对准，以使经辅镜超构表面功能结构反射的光透过透光孔进行聚焦。
本实施例可根据卡塞格林反射式望远镜系统、格里高里反射式望远镜系统或曲面反射镜的几何形状，设计主镜相位分布。
具体的，根据卡塞格林反射式望远镜系统或格里高里反射式望远镜系统设计的反射式超构表面辅镜，辅镜相位分布根据第三设定参数结合射线光学及广义的反射定律确定，其中，第三设定参数包括辅镜口径、辅镜焦比、系统焦比、系统的焦点到辅镜的距离、系统工作波长和入射光到达反射式超构表面主镜上的位置及反射式超构表面主镜反射入射光至反射式超构表面辅镜上的位置的映射关系。本实施例可根据上述第三设定参数，确定入射光进入系统后的光路，再结合射线光学及广义的反射定律，确定反射式超构表面辅镜各个位置需要引入的额外相位梯度，由此可确定整个反射式超构表面辅镜的辅镜相位分布。
辅镜相位分布还可根据设定的反射式望远镜系统中的曲面辅镜的几何形状确定。本实施例可根据设定的曲面反射式望远镜系统中曲面辅镜对光的相位调谐作用，确定本申请的反射式超构表面辅镜上对应位置的相位，从而确定整个反射式超构表面辅镜的辅镜相位分布。示例性的，曲面反射式望远镜系统可以为传统的里奇-克莱琴望远镜系统，能够有效地消除焦平面上的彗差和球差。示例性的，可以根据平行光正入射到曲面辅镜上各位置处反射光线的方向角，并结合广义的反射定律确定反射式超构表面辅镜上所需引入的相位分布。
可选的，辅镜超构表面功能单元包括金属反射层、介质层和各向异性的金属亚波长结构的叠层结构；或者，辅镜超构表面功能单元包括包括金属反射层及各向异性的金属辅镜亚波长结构的叠层结构，或金属反射层及各向异性的介质辅镜亚波长结构的叠层结构。
可选的，根据贝里几何相位原理设计的反射式超构表面辅镜，不同相位对应的辅镜亚波长结构的方位角不同，即根据所需相位分布设置不同位置处的辅镜亚波长结构的方位角，以实现反射式超构表面辅镜对光的反射聚焦。
可选的，辅镜亚波长结构呈棒状和/或椭圆形，以实现较高的圆偏振光转换效率。
本发明实施例提供的望远镜系统包括反射式超构表面主镜和反射式超构表面辅镜，通过在平面的反射式超构表面主镜的透明衬底上形成满足主镜相位分布的环形主镜超构表面功能结构，并在平面的反射式超构表面辅镜的透明衬底上形成满足辅镜相位分布的圆盘状辅镜超构表面功能结构，使得入射光经主镜超构表面功能结构反射到辅镜超构表面功能结构上后，可由辅镜超构表面功能结构再次反射，经反射式超构表面主镜上的透光孔后聚焦。由此通过上述反射式超构表面主镜和反射式超构表面辅镜的组合设计，实现了基于平面反射式超构表面的望远镜系统的设计，解决了传统的反射式望远镜系统制备难度高、加工速度慢、成本高以及体积大的问题。本发明利用平面反射式超构表面来替代传统的曲面反射镜，具有轻薄紧致和便于集成的优点，且超构表面的制备工艺也大大降低了传统的曲面反射镜的制备难度，有利于实现大口径反射式望远镜系统和便携且易于集成的微型望远镜系统。
此外，本发明实施例还分别提供了反射式超构表面主镜的制备方法和反射式超构表面辅镜的制备方法。
本实施例以主镜超构表面功能单元和辅镜超构表面功能单元均包括金属反射层、介质层和各向异性的金属亚波长结构的叠层结构为例进行说明。
图7是本发明实施例提供的一种反射式超构表面主镜的制备方法的流程示意图。如图7所示，该反射式超构表面主镜的制备方法包括：
步骤210、提供透明衬底。
示例性的，根据透明衬底之上的主镜超构表面功能单元图案的材料，选择相应工作波段内的透明衬底，以适应不同工作波段的入射光。
步骤220、采用电子束蒸镀工艺或热蒸镀工艺在透明衬底之上依次蒸镀叠层的金属反射层和介质层。
示例性的，参考图8，可先采用电子束蒸镀工艺在透明衬底201之上蒸镀金属反射层112，再采用热蒸镀工艺在金属反射层112上蒸镀介质层113。其中，金属反射层112和介质层113的材料可根据系统的工作波段进行选择，例如，在可见近红外波段，金属反射层112的材料可以为金、银或铝等金属材料，介质层113的材料可以为二氧化硅或二氧化钛；在红外波段，金属反射层112的材料可以为金、银、铝、二氧化硅或二氧化钛，介质层113的材料可以为caf2、mgf2、ge、聚四氟乙烯等介质；在微波波段，金属反射层112的材料可以为金、银、铝或铜等金属材料，介质层113的材料可以为透明陶瓷等。
步骤230、在介质层上旋涂电子胶或光刻胶，采用电子束曝光或光罩曝光工艺对电子胶或光刻胶位于设定环形区域的部分进行图案化，以使图案化的电子胶或光刻胶满足主镜相位分布的超构表面功能单元图案。
示例性的，参考图9，在介质层113上旋涂光刻胶114，采用电子束曝光或光罩曝光工艺对光刻胶114位于设定环形区域的部分进行图案化(也可全部进行图案化，仅位于设定环形区域的图案化的光刻胶满足主镜相位分布)，以使图案化的光刻胶满足主镜相位分布。其中，设定环形区域是围绕透光孔的区域，环形区域的内孔径大小可根据设定的反射式超构表面辅镜的大小进行设计。
本实施例中，电子胶应采用电子束光刻进行图案化，光刻胶应采用紫外光刻进行图案化。对于不同的工作波段，后续形成的主镜亚波长结构的尺寸会有所不同，进而该步骤采用的光刻工艺也会不同，例如，在可见光波段，多采用电子束光刻；在红外波段，可选择紫外光刻。另外，在微波波段，可采用印刷电路板技术。
步骤240、采用电子束蒸镀工艺或热蒸镀工艺在介质层表面和残留的电子胶或光刻胶表面蒸镀金属层，并去除残留的电子胶或光刻胶，以保留介质层表面的金属层，形成主镜亚波长结构的图案。
示例性的，参考图10，可采用电子束蒸镀工艺在介质层113表面和残留的光刻胶114(图案化的光刻胶)表面蒸镀金属层115，其中，残留的光刻胶114的开口限定出了形成于介质层113表面的主镜亚波长结构的形状、尺寸及方位角。参考图11，利用相应的去胶液去除残留的光刻胶114，进而同时剥离掉形成于残留的光刻胶114表面的金属层115，保留介质层113表面的金属层，从而形成主镜亚波长结构111。
步骤250、采用聚焦离子束刻蚀工艺、反应离子束刻蚀工艺、感应耦合等离子体刻蚀工艺、离子减薄工艺、光刻工艺或激光工艺去除设定环形区域所围绕的金属反射层和介质层，形成圆形平整的透光孔。
示例性的，参考图12，可采用聚焦离子束刻蚀工艺、反应离子束刻蚀工艺、感应耦合等离子体刻蚀工艺、离子减薄工艺、光刻工艺或激光工艺中的任一种工艺去除待形成的透光孔所对应区域的金属反射层112和介质层113，形成圆形平整的透光孔12，同时形成环形的主镜超构表面功能结构，完成反射式超构表面主镜的制备。
进一步的，采用光刻工艺对电子胶或光刻胶位于设定环形区域的部分进行图案化，还包括：
基于表面等离激元共振或者纳米结构散射理论，采用电子束曝光或光罩曝光工艺对电子胶或光刻胶位于设定环形区域的部分进行图案化。
通过调整后续形成的主镜亚波长结构的几何尺寸，在所需的工作波段实现高的光学反射效率，进而提高入射光的利用率，减少入射光的损失，对于聚焦与成像系统，可提高成像的质量。
相应的，本发明实施例提供了一种反射式超构表面主镜，可采用本发明任一实施例提供的反射式超构表面主镜的制备方法制备。该反射式超构表面主镜包括：透明衬底；位于透明衬底之上的主镜超构表面功能单元图案，主镜超构表面功能单元图案满足主镜相位分布，以对经反射式超构表面辅镜反射到反射式超构表面主镜上的入射光进行反射聚焦。
此外，图13是本发明实施例提供的反射式超构表面辅镜的制备方法的流程示意图。如图13所示，该反射式超构表面辅镜的制备方法包括：
步骤410、提供透明衬底。
示例性的，根据透明衬底之上的辅镜超构表面功能单元图案的材料，选择相应工作波段内的透明衬底，以适应不同工作波段的入射光。
步骤420、在透明衬底之上旋涂光刻胶，并去除光刻胶位于设定圆形区域的部分。
示例性的，参考图14，在透明衬底200之上旋涂光刻胶212，采用开口与设定圆形区域相同的掩膜板对光刻胶212进行曝光，并在显影液中显影，去除光刻胶212位于设定圆形区域的部分。其中，设定圆形区域与反射式超构表面主镜的透光孔相对应。
步骤430、采用电子束蒸镀工艺或热蒸镀工艺在透明衬底表面及残留的光刻胶表面依次蒸镀叠层的金属反射层和介质层，并去除残留的光刻胶。
示例性的，参考图15，可先采用电子束蒸镀工艺在透明衬底200表面及残留的光刻胶212表面蒸镀金属反射层213，再采用热蒸镀工艺在金属反射层213表面蒸镀介质层214。其中，金属反射层213和介质层214的材料可根据系统的工作波段进行选择，例如，在可见近红外波段，金属反射层213的材料可以为金、银或铝等金属材料，介质层214的材料可以为二氧化硅或二氧化钛；在红外波段，金属反射层213的材料可以为金、银、铝、二氧化硅或二氧化钛，介质层214的材料可以为caf2、mgf2、ge、聚四氟乙烯等介质；在微波波段，金属反射层213的材料可以为金、银、铜或铝等金属材料，介质层214的材料可以为透明陶瓷等。之后，参考图16，利用相应的去胶液去除残留的光刻胶212，在设定圆形区域内形成金属反射层213和介质层214的叠层结构。
步骤440、在介质层及透明衬底上旋涂电子胶或光刻胶，基于贝里几何相位原理，采用电子束曝光或光罩曝光工艺对位于介质层上的电子胶或光刻胶进行图案化，以使图案化的电子胶或光刻胶满足辅镜相位分布的超构表面功能单元图案。
示例性的，参考图17，在介质层214及暴露的透明衬底200上旋涂光刻胶215，基于贝里几何相位原理，采用光刻工艺对光刻胶215位于设定圆形区域的部分进行图案化，以使图案化的光刻胶215满足辅镜相位分布。
本实施例中，电子胶应采用电子束光刻进行图案化，光刻胶应采用紫外光刻进行图案化。对于不同的工作波段，后续形成的主镜亚波长结构的尺寸会有所不同，进而该步骤采用的光刻工艺也会不同，例如，在可见光波段，多采用电子束光刻；在红外波段，可选择紫外光刻。另外，在微波波段，可采用印刷电路板技术。
步骤450、采用电子束蒸镀工艺或热蒸镀工艺在介质层表面和残留的电子胶或光刻胶表面蒸镀金属层，并去除残留的电子胶或光刻胶，以保留介质层表面的金属层，形成辅镜亚波长结构的图案。
示例性的，参考图18，可采用电子束蒸镀工艺在介质层214表面和残留的光刻胶215(图案化的光刻胶)表面蒸镀金属层216，其中，残留的光刻胶215的开口限定出了形成于介质层214表面的辅镜亚波长结构的形状、尺寸及方位角。参考图19，利用相应的去胶液去除残留的光刻胶215，进而同时剥离掉形成于残留的光刻胶114表面的金属层216，保留介质层113表面的金属层，从而形成辅镜亚波长结构211，完成反射式超构表面辅镜的制备。
进一步的，采用光刻工艺对位于介质层上的电子胶或光刻胶进行图案化，还包括：
基于表面等离激元共振或者纳米结构散射理论，采用光刻工艺对位于介质层上的电子胶或光刻胶进行图案化。
可调整后续形成的辅镜亚波长结构的几何尺寸，在所需的工作波段实现高的光学反射效率，进而提高入射光的利用率，减少入射光的损失，对于聚焦与成像系统，可提高成像的质量。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
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