【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光學元件制作，特別是涉及一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法。
技術介紹
1、多焦點多剖面獨立掃描器件具有許多潛在應用，在各個領域都能發揮重要的作用，如工業設計、三維建模與掃描、表面檢測與質量控制、光學顯微鏡成像、虛擬現實與增強現實、半導體行業和醫學成像與診斷等。
2、而在實際應用過程中，單一焦點的掃描器件的功能比較受限，且效率低，它們僅能實現單一位置的內窺或者在單一焦點內的捕獲。在傳統光學元件制作
，要實現多個焦點同時工作的功能，需要更加復雜的設計和加工工藝，如果不能得到有效的結合，還會影響聚焦效果，無法判斷焦點的空間位置。
3、因此，亟需提供一種可為工業設計、三維建模與掃描與表面檢測等領域提供理論與實際應用基礎的雙焦點自修正焦點掃描超透鏡設計方法。
技術實現思路
1、為了克服現有技術的不足，本專利技術的目的是提供一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，為工業設計、三維建模與掃描與表面檢測等領域提供理論與實際應用基礎。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：
3、一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，包括以下步驟：
4、確定超透鏡的設計參數；
5、利用棋盤格策略約化超透鏡的設計參數，并通過旋轉單層超表面的方法在超透鏡中設計獨立焦點；
6、利用人工原子庫中各向同性建立超透鏡的相位分布庫；
7、利用瓊斯矩陣根據相位分布庫對超透鏡的相位分布進行優化，并確
8、根據得到的目標單元結構中焦點的空間位置，通過全波仿真與理論分析驗證，設計得到雙焦點自修正焦點掃描超透鏡。
9、優選地，所述確定超透鏡的設計參數包括超透鏡的工作波長、半徑、數值孔徑、焦點位置和聚焦焦距。
10、優選地，所述利用棋盤格策略約化超透鏡的設計參數，并通過旋轉單層超表面的方法在超透鏡中設計獨立焦點，包括：
11、確定兩個不同的焦點位置，且兩個不同的焦點分別對應于兩組不同的級聯超透鏡器件；
12、通過旋轉單層超表面，控制第一焦點沿橫向位置增大方向掃描，第二焦點沿橫向位置減少的方向掃描，獲取超表面的交替取樣；
13、將得到的超表面的交替取樣組合為上層超表面和下層超表面，并對上層超表面和下層超表面進行級聯，以控制兩個焦點在兩個不同的剖面移動。
14、優選地，所述利用棋盤格策略約化超透鏡的設計參數，并通過旋轉單層超表面的方法在超透鏡中設計獨立焦點，還包括：
15、基于獲取的超透鏡設計參數，確定各參數之間的關系，并將參數合并為約化后的參數組合，確定得到焦點在超透鏡中的位置。
16、優選地，所述利用人工原子庫中各向同性建立超透鏡的相位分布庫，包括：
17、通過約化后的參數組合，確定超表面的相位分布；
18、利用人工原子庫的各向同性原理，得到超透鏡的結構單元；
19、對超透鏡的結構單元進行仿真，并提取每個結構單元的傳輸相位，建立超透鏡的相位分布庫。
20、優選地，所述利用瓊斯矩陣根據相位分布庫對超透鏡的相位分布進行優化，并確定目標單元結構中焦點的空間位置，包括：
21、基于超透鏡的相位分布庫，獲取超透鏡在兩個方向上的相位分布；
22、在極化基和局域坐標系下確定超透鏡的瓊斯矩陣；
23、通過瓊斯矩陣對相位分布進行優化計算，確定參數組合的有效性；
24、根據計算結果，確定目標單元結構中焦點的空間位置。
25、優選地，所述瓊斯矩陣為：
26、
27、其中，φtot(r)＝φ1(r)+φ2(r)，φtot(r)為兩層超表面疊加后的總相位分布，φ1(r)為第一層超表面相位，φ2(r)為第二層超表面相位。
28、優選地，所述根據得到的目標單元結構中焦點的空間位置，通過全波仿真與理論分析驗證，設計得到雙焦點自修正焦點掃描超透鏡，包括：
29、基于人工原子庫，篩選所需的人工原子，并按照相位分布進行排列，構成上下兩層超表面結構；
30、對獲得的上下兩層超表面結構進行級聯，并設置高斯光源作為入射光，得到超透鏡的仿真模型；
31、基于理論分析及仿真模型，設計所述雙焦點自修正焦點掃描超透鏡，并根據全波仿真對性能進行評測。
32、根據本專利技術提供的具體實施例，本專利技術公開了以下技術效果：
33、(1)本專利技術進一步拓展了上述自修正焦點掃描超透鏡理論，將單焦點單剖面掃描拓展為多焦點多剖面獨立掃描，并且基于該理論設計了一個基于級聯超表面的雙焦點自修正焦點掃描超透鏡，它可以通過旋轉超表面獨立地控制兩個焦點在不同的剖面上移動。且為了驗證該設計，進行理論解析計算驗證和全波仿真驗證，理論驗證結果與全波仿真結果十分吻合，證明了所設計的超透鏡可以實現多焦點多剖面獨立掃描。
34、(2)本專利技術在工業設計、三維建模與掃描、表面檢測與質量控制、醫學成像與診斷、虛擬現實與增強現實、半導體行業和材料科學等領域具有廣泛的應用前景。且隨著多焦點多剖面獨立掃描器件的出現和應用將會不斷推動各個領域的發展和進步，為人們的生活和工作帶來更多的便利和創新。
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1.一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，所述確定超透鏡的設計參數包括超透鏡的工作波長、半徑、數值孔徑、焦點位置和聚焦焦距。
3.根據權利要求1所述的一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，所述利用棋盤格策略約化超透鏡的設計參數，并通過旋轉單層超表面的方法在超透鏡中設計獨立焦點，包括：
4.根據權利要求3所述的一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，所述利用棋盤格策略約化超透鏡的設計參數，并通過旋轉單層超表面的方法在超透鏡中設計獨立焦點，還包括：
5.根據權利要求1所述的一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，所述利用人工原子庫中各向同性建立超透鏡的相位分布庫，包括：
6.根據權利要求1所述的一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，所述利用瓊斯矩陣根據相位分布庫對超透鏡的相位分布進行優化，并確定目標單元結構中焦點的空間位置，包括：
7.根據權利要
8.根據權利要求1所述的一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，所述根據得到的目標單元結構中焦點的空間位置，通過全波仿真與理論分析驗證，設計得到雙焦點自修正焦點掃描超透鏡，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，所述確定超透鏡的設計參數包括超透鏡的工作波長、半徑、數值孔徑、焦點位置和聚焦焦距。
3.根據權利要求1所述的一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，所述利用棋盤格策略約化超透鏡的設計參數，并通過旋轉單層超表面的方法在超透鏡中設計獨立焦點，包括：
4.根據權利要求3所述的一種雙焦點自修正焦點掃描超透鏡的設計方法，其特征在于，所述利用棋盤格策略約化超透鏡的設計參數，并通過旋轉單層超表面的方法在超透鏡中設計獨立焦點，還包括：
5...
【專利技術屬性】
技術研發人員：肖詩逸，談明軒，李小桐，蔡曉東，譚湘月，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：
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