一种强度可调谐的红外波段平面超透镜及其调节方法

本发明属于超表面，具体涉及一种强度可调谐的红外波段平面超透镜及其调节方法。

背景技术：

1、传统透镜利用材料的折射率和电磁波在其传输过程中的相位累计以实现对波束的控制，具有体积大、不易于集成的显著缺点。平面超透镜是一种由亚波长单元构成并独立控制入射电磁波相位来达到聚焦功能的成像透镜。与传统透镜相比，平面超透镜的体积小、成本低、便于集成。近年来，通过在设计中结合相变材料，平面超透镜还具备了主动调控性能，功能更加广泛。例如文献一(baiw,yangp,huangj,etal.near-infraredtunablemetalensbasedonphasechange materialge2sb2te5[j].scientificreports,2019,9(1):1-9.)报道了一种与相变材料ge2sb2te5结合的平面超透镜，当ge2sb2te5由非晶态转向晶态时，在不考虑其他性能的情况下其聚焦效率提高了15倍。然而ge2sb2te5改变相态的方式相对麻烦，需要在衬底上额外增加一层导电层来切换ge2sb2te5的工作状态。同时由于p-b相移，导致超透镜在聚焦过程中存在一定的色差。相比而言，相变材料vo2的低相变温度可以有效解决上述问题。通过调节温度，vo2可以经历在低温绝缘相到高温金属相的转变。例如文献二(chenw,chenr,zhouy,etal.aswitchable metasurfacebetweenmeta-lensandabsorber[j].ieeephotonicstechnologyletters,2019,31(14):1187-1190.)报导了一种与vo2结合的多功能平面超透镜，通过温度的改变可以实现对入射光的聚焦和吸收两种功能的切换。但缺点在于引入了p-b相导致器件对光线偏振的敏感，从而导致聚焦效率不是很高。此外，焦点处强度可调谐的平面超透镜具有重要的应用价值，然而到目前为止还未有报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种强度可调谐的红外波段平面超透镜及其调节方法。

2、一种强度可调谐的红外波段平面超透镜，所述平面超透镜自上而下包括顶层、反射层和衬底，

3、所述顶层为一阵列结构，由多个圆柱形单元组成，呈中心对称排布，多个圆柱形单元半径r从中心往两边递减，相邻圆柱形单元单元的间距为p，圆柱形单元的材料为ge；

4、所述的反射层相变材料为vo2。

5、进一步地，所述的衬底由电介质sio2构成。

6、进一步地，圆柱形单元的半径r范围为10～300nm。

7、进一步地，p＝1～10μm。

8、进一步地，圆柱形单元的高度h为0.1～1.8μm。

9、进一步地，所述的反射层厚度t1为10～70nm。

10、进一步地，电介质sio2的厚度为0.2～1μm。

11、一种根据上述的强度可调谐的红外波段平面超透镜的焦点强度连续调节的方法，改变相变材料vo2的温度从30℃到100℃变化，从而实现对焦点强度的连续调节。

12、本发明的优点是：

13、本发明提出的红外波段平面超透镜实现了在温度从30℃到100℃变化时对焦点强度的连续可调，其结构更简单、聚焦效率高、调谐方便、稳定性好以及无偏振依赖性。

技术特征：

1.一种强度可调谐的红外波段平面超透镜，所述平面超透镜自上而下包括顶层、反射层和衬底，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的强度可调谐的红外波段平面超透镜，其特征在于，所述的衬底由电介质sio2构成。

3.根据权利要求2所述的强度可调谐的红外波段平面超透镜，其特征在于，圆柱形单元的半径r范围为10～300nm。

4.根据权利要求3所述的强度可调谐的红外波段平面超透镜，其特征在于，p＝1～10μm。

5.根据权利要求4所述的强度可调谐的红外波段平面超透镜，其特征在于，圆柱形单元的高度h为0.1～1.8μm。

6.根据权利要求5所述的强度可调谐的红外波段平面超透镜，其特征在于，所述的反射层厚度t1为10～70nm。

7.根据权利要求6所述的强度可调谐的红外波段平面超透镜，其特征在于，电介质sio2的厚度为0.2～1μm。

8.根据权利要求7所述的强度可调谐的红外波段平面超透镜的焦点强度连续调节的方法，其特征在于，改变相变材料vo2的温度从30℃到100℃变化，从而实现对焦点强度的连续调节。

技术总结
本发明公开了一种强度可调谐的红外波段平面超透镜及其调节方法，包括顶层、反射层和衬底。顶层由左右单元数量对称的圆柱形单元阵列组成，多个圆柱形单元半径r从中心往两边递减，反射层由相变材料VO<subgt;2</subgt;组成，衬底由电介质构成。本发明可实现在红外波段不同环境温度下的动态聚焦，在保证焦距和聚焦效率基本不变的情况下实现对焦点强度的连续调节。本发明在红外全息、成像与探测等领域具有广泛应用前景。

技术研发人员：蒋立勇,张煜然
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12