【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光学，尤其涉及一种超宽带超表面聚光器。
技术介绍
1、超构表面是一种由亚波长尺度单元按特定空间排布的结构，它能够在亚波长尺度上对光场的振幅、相位、色散和偏振态进行灵活有效的操控，是近年来迅速发展起来的新型光场调控载体。超构表面中亚波长共振纳米结构使得高阶衍射被抑制，入射光场可以完美地被调制到设计的衍射级次上，从而确保了超构表面器件具有高的光子调控效率；同时，超构表面中超构单元在设计上的灵活性及其特定的电磁响应使得超构表面可以实现对光场多个维度的定制化操控。超构透镜是由亚波长散射单元结构排列而成的具有聚焦功能的平面二维超构表面。
2、通常光学系统中的色差会导致不同波长的光线在经过透镜时，聚焦在不同的焦点上，从而影响成像质量。而超构透镜可以通过消除或减小光学系统中的色差而实现在相对更宽的波段范围内的高质量成像和聚焦，这种透镜通常包括多层复杂的结构，通过精确控制不同波长光线的相位变化和传播速度，使它们在焦点上汇聚到相同的位置，从而减小或消除了色差效应。
3、虽然现有的超构透镜可以将相对较宽波段范围的光聚焦在相同位置，但波长范围的限制仍然明显。要想超构透镜在超宽带范围内实现聚焦需要更精确的结构设计和优化，以确保性能的稳定性和一致性，同时制备超宽带聚焦的超构透镜需要高度精密的纳米级别制造工艺，这增加了制造的复杂性和成本，限制了其广泛应用。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种超宽带超表面聚光器，以将超宽波段范围的光聚焦在相同的目标区域
2、为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
3、一种超宽带超表面聚光器，包括：
4、衬底；
5、位于所述衬底一侧依次层叠的反射层、第一超表面层、多层膜分色镜层、二氧化硅透射层以及第二超表面层，所述多层膜分色镜层包括交替层叠的第一子层和第二子层，所述第一子层的折射率和所述第二子层的折射率不同；
6、当入射光从所述第二超表面层一侧垂直入射时，所述第二超表面层用于透射所述入射光中的第一波段范围的光和第二波段范围的光，所述第一波段范围的光的波长大于所述第二波段范围的光的波长；所述多层膜分色镜层用于反射经所述第二超表面层透射的所述第二波段范围的光，并透射经所述第二超表面层透射的所述第一波段范围的光；所述第二超表面层还用于将所述多层膜分色镜层反射的所述第二波段范围的光聚焦在目标区域；
7、所述第一超表面层用于透射经所述多层膜分色镜层透射的所述第一波段范围的光；所述反射层用于反射经所述第一超表面层透射的所述第一波段范围的光；所述第一超表面层还用于将所述反射层反射的所述第一波段范围的光聚焦在所述目标区域。
8、可选的，所述第二波段范围为400nm-900nm，包括端点值；
9、所述第一波段范围为900nm-1500nm，包括端点值。
10、可选的，所述第一超表面层和所述多层膜分色镜层之间，以及所述多层膜分色镜层和所述二氧化硅透射层之间具有间隙。
11、可选的，所述间隙为空气。
12、可选的，所述第一子层为二氧化硅层，所述第二子层为二氧化钛层；
13、所述第一子层和所述第二子层的周期数为25-50；
14、所述多层膜分色镜层的厚度的取值范围为5μm-10μm，包括端点值。
15、可选的，所述反射层为金属反射层。
16、可选的，所述超宽带超表面聚光器还包括位于所述金属反射层和所述第一超表面层之间的二氧化硅过渡层。
17、可选的，所述反射层为多层膜反射层，所述多层膜反射层包括交替层叠的第三子层和第四子层，所述第三子层的折射率和所述第四子层的折射率不同。
18、可选的，所述第一超表面层的材料包括tio2、si、si3n4、gan、gap和hfo2六者中的至少一者；
19、所述第一超表面层的厚度的取值范围为1μm-1.8μm，包括端点值。
20、可选的，所述第二超表面层的材料包括tio2、si、si3n4、gan、gap、hfo2六者中的至少一者；
21、所述第二超表面层的厚度的取值范围为0.4μm-0.8μm，包括端点值。
22、与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
23、本申请实施例所提供的超宽带超表面聚光器，包括衬底和位于衬底一侧依次层叠的反射层、第一超表面层、多层膜分色镜层、二氧化硅透射层以及第二超表面层；当入射光从第二超表面层一侧垂直入射时，入射光中第一波段范围的光和第二波段范围的光均先从第二超表面层透过，第一波段范围的光的波长大于第二波段范围的光的波长，多层膜分色镜层将透过第二超表面层的第二波段范围的光再反射回第二超表面层，以便于第二超表面层对其透射的第二波段范围的光和反射回来的第二波段范围的光进行调控，反射聚焦在目标区域；多层膜分色镜层还将透过第二超表面层的第一波段范围的光透射过去，经多层膜分色镜层透过的第一波段范围的光经第一超表面层透射后，再被反射层反射回第一超表面层，以便于第一超表面层对其透射的第一波段范围的光和反射回来的第一波段范围的光进行调控，也反射聚焦在目标区域。由此可见，本申请实施例所提供的超宽带超表面聚光器可以将第一波段范围加第二波段范围两个波段范围的光聚焦在相同的目标区域，即在超宽带范围内实现聚焦，且由于将超宽波段范围的光聚焦在相同的目标区域，从而在目标区域实现一定的消色差功能，同时，该超宽带超表面聚光器结构简单，制造成本较低，可满足更多商业需求。
24、其中，第二超表面层可以被设计为只对第二波段范围的光进行反射聚焦，而对第一波段范围的光不施加影响，且第一波段范围的光因其波长尺度大于第二波段范围的光而可以跨越第二超表面层；
25、多层膜分色镜层包括交替层叠的第一子层和第二子层，第一子层的折射率和第二子层的折射率不同，从而可以通过对多层膜分色镜层中各第一子层和各第二子层的材料和厚度进行设计，使得多层膜分色镜层对第二波段范围的光进行高反射，而对第一波段范围的光进行高透射，从而使得第二波段范围的光被第二超表面层反射聚焦，第一波段范围的光被第一超表面层反射聚焦，且由于多层膜分色镜层对第二波段范围的光的高反射作用，使得第一超表面层并不会第二波段范围的光施加影响。
26、可选的，第二波段范围可以为400nm-900nm，包括端点值；第一波段范围可以为900nm-1500nm，包括端点值；从而，本申请实施例所提供的超宽带超表面聚光器可以实现覆盖可见光光谱和近红外光谱的超宽带聚焦，有利于太阳光中可见光和近红外光的收集和利用。
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1.一种超宽带超表面聚光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述第二波段范围为400nm-900nm，包括端点值；
3.根据权利要求1所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述第一超表面层和所述多层膜分色镜层之间，以及所述多层膜分色镜层和所述二氧化硅透射层之间具有间隙。
4.根据权利要求3所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述间隙为空气。
5.根据权利要求1所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述第一子层为二氧化硅层，所述第二子层为二氧化钛层；
6.根据权利要求1所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述反射层为金属反射层。
7.根据权利要求6所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述超宽带超表面聚光器还包括位于所述金属反射层和所述第一超表面层之间的二氧化硅过渡层。
8.根据权利要求1所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述反射层为多层膜反射层，所述多层膜反射层包括交替层叠的第三子层和第四子层，所述第三子层的折射率和所述第四子层的折射率不同。p>
9.根据权利要求1-8任一项所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述第一超表面层的材料包括TiO2、Si、Si3N4、GaN、GaP和HfO2六者中的至少一者；
10.根据权利要求1-8任一项所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述第二超表面层的材料包括TiO2、Si、Si3N4、GaN、GaP、HfO2六者中的至少一者；
...【技术特征摘要】
1.一种超宽带超表面聚光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述第二波段范围为400nm-900nm，包括端点值；
3.根据权利要求1所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述第一超表面层和所述多层膜分色镜层之间，以及所述多层膜分色镜层和所述二氧化硅透射层之间具有间隙。
4.根据权利要求3所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述间隙为空气。
5.根据权利要求1所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述第一子层为二氧化硅层，所述第二子层为二氧化钛层；
6.根据权利要求1所述的超宽带超表面聚光器，其特征在于，所述反射层为金属反射层。
7.根据权利要求6...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆亚林，黄秋萍，贾翔宇，汪扬凯，程浩，刘政，王承岳，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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