【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超透镜及其设计方法，具体为一种太赫兹可调多焦点超透镜及其设计方法。
技术介绍
1、近来，超表面作为一种流行的平面光学元件备受关注，因为它能够利用亚波长结构自由操纵波面，具有超薄尺寸、集成度高和多功能等优点。目前，超表面已被广泛用于控制各种频谱的电磁波波前，包括射频、太赫兹、红外、可见光和紫外光，实现了对光子的自由操纵，如转向、聚焦、特殊光场产生、全息、完美吸收以及更复杂的功能。有了红外和可见光光谱的成功范例，太赫兹波的超表面也被引入，为太赫兹波的产生、操纵和探测提供了一种新的控制手段。在太赫兹超表面中，太赫兹超透镜目前受到更多关注，因为它有可能实现高效、消色差、多焦点或多功能太赫兹聚焦。这为高质量和先进的太赫兹成像提供了可能，拓宽了太赫兹波的应用领域，可用于太赫兹无损检测、t射线安全检查和太赫兹生物成像。
2、然而，一旦设计制造出超表面，其功能就会固定下来，无法调整，从而限制了其进一步的应用。引入液晶这种具有入射偏振态转换、可切换几何相位供应和折射率或介电常数可控变化能力的动态材料，可为超表面提供可调色差、各向异性、结构色或反射频率。在太赫兹超表面中加入可调谐性，可以扩大其灵活性和应用范围。
3、超透镜是一种基于超表面设计的具有光学聚焦作用的平面光学元件，由于超表面本身材料缺少动态性，超透镜的焦点数量一般无法实现动态调谐。在太赫兹波段，超透镜一旦制备完成，其偏振依赖性能一般来讲较难调节。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的
2、技术方案：本专利技术所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，包括以下步骤：
3、步骤一，计算x方向偏振太赫兹光束入射时，不同尺寸长方体硅柱的透射振幅和相移；
4、步骤二，选出若干个不同尺寸、透射率≥72％的硅柱，其相移能够完全覆盖-180°到180°，且工作效果近似于半波片；
5、步骤三，将步骤二选出的硅柱，根据偏振解耦合的离轴超透镜对应的相位函数，根据不同位置设计不同的旋转角度并排布在硅基超表面上；
6、步骤四，在硅基底远离硅柱的一侧设置液晶层并进行取向，其取向分布符合调制相位函数，能够对硅柱转角带来的相位调制进行补偿。
7、进一步地，步骤二中，硅柱的长度为20～49μm，宽度为20～48μm，数量为1～39个，2.98(0.95π)≤相移≤3.30(1.05π)，高度h为240～250μm。
8、进一步地，步骤三中，离轴超透镜对应的相位函数为
9、
10、
11、式中，为加电状态器件总体在左旋太赫兹波入射时的调制相位函数，为不同长宽的硅柱体现的动力学相位，为硅柱旋转带来的几何相位，fon-l为左旋太赫兹波入射时的透镜焦距，don-l为左旋太赫兹波入射时的透镜焦点水平偏移距离，为加电状态器件总体在右旋太赫兹波入射时的调制相位函数，fon-r为右旋太赫兹波入射时的透镜焦距，don-r为右旋太赫兹波入射时的透镜焦点水平偏移距离。
12、进一步地，步骤四中，液晶层的厚度满足半波条件，为350μm，取向区域大小10.5mm*10.5mm，像素数768*768。调制相位函数为器件加电压的相位分布，关系式设计为
13、本专利技术所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜，包括硅基超表面，硅基超表面的一侧设置若干透射率≥72％、相移能够完全覆盖-180°到180°的硅柱，另一侧依次设置石墨烯电极、光取向剂层、液晶层，液晶层远离硅基超表面的一侧依次设置光取向剂层、石墨烯电极、熔融石英玻璃基底。
14、进一步地，光取向剂层由光取向剂sd1制成。
15、进一步地，液晶层由太赫兹波段大双折射液晶td-101-135材料制成。
16、进一步地，硅柱沿硅基超表面周期性分布，间距为65～75μm。
17、进一步地，超透镜的入射光束为竖直偏振的太赫兹平面波。
18、制备原理：利用光刻-刻蚀工艺制备了一个结合几何相位和传播相位的太赫兹硅基超表面，可以实现太赫兹波段下偏振依赖的横向双焦点聚焦效果；而后，利用大双折射液晶的光图案化取向，配合石墨烯电极层设计了一个可开关的几何相位补偿层，该层可以实现“关闭”超表面的几何相位，从而将横向分离的双焦点合并为一个偏振无依赖的焦点
19、利用液晶来提供可开关的几何相位，以补偿太赫兹超表面的稳定几何相位和动态相位。这种光取向图案化液晶层可控制太赫兹超透镜在单焦距和双焦距工作状态之间实现切换。当施加偏压时，会显示出自旋分离的聚焦功能。
20、有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
21、1、通过采用向列相几何相位液晶层补偿超表面结构，使太赫兹硅基超透镜具有焦点数可变的调谐性，克服了传统超表面缺少动态性应用的弊端；
22、2、该太赫兹超透镜在无偏压状态下工作效果不依赖入射偏振态，有利于提升太赫兹成像系统的鲁棒性；
23、3、该太赫兹超透镜施加偏压时，可以实现自旋依赖的焦点横向分离，可用于太赫兹波段的光束路由应用；
24、4、该太赫兹超透镜设计面积可达到10.5mm*10.5mm，透镜聚焦效率～30％。
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1.一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，其特征在于：所述步骤二中，硅柱(6)的长度为20～49μm，宽度为20～48μm，数量为1～39个，2.98(0.95π)≤相移≤3.30(1.05π)，高度h为240～250μm。
3.根据权利要求1所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，其特征在于：所述步骤三中，离轴超透镜对应的相位函数为
4.根据权利要求1所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，其特征在于：所述步骤四中，液晶层(4)的厚度满足半波条件，为350μm，取向区域大小10.5mm*10.5mm，像素数768*768。
5.根据权利要求1所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，其特征在于：所述步骤四中，调制相位函数为器件加电压的相位分布，关系式设计为
6.一种太赫兹可调多焦点超透镜，其特征在于：包括硅基超表面(1)，所述硅基超表面(1)的一侧设置若干透射率≥72％、相移能够完全覆盖-180°到180°的硅柱(6)，
7.根据权利要求6所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜，其特征在于：所述光取向剂层(3)由光取向剂SD1制成。
8.根据权利要求6所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜，其特征在于：所述液晶层(4)由太赫兹波段大双折射液晶TD-101-135材料制成。
9.根据权利要求6所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜，其特征在于：所述硅柱(6)沿硅基超表面(1)周期性分布，间距为65～75μm。
10.根据权利要求6所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜，其特征在于：所述超透镜的入射光束为竖直偏振的太赫兹平面波。
...【技术特征摘要】
1.一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，其特征在于：所述步骤二中，硅柱(6)的长度为20～49μm，宽度为20～48μm，数量为1～39个，2.98(0.95π)≤相移≤3.30(1.05π)，高度h为240～250μm。
3.根据权利要求1所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，其特征在于：所述步骤三中，离轴超透镜对应的相位函数为
4.根据权利要求1所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，其特征在于：所述步骤四中，液晶层(4)的厚度满足半波条件，为350μm，取向区域大小10.5mm*10.5mm，像素数768*768。
5.根据权利要求1所述的一种太赫兹可调多焦点超透镜的设计方法，其特征在于：所述步骤四中，调制相位函数为器件加电压的相位分布，关系式设计为
6.一种太赫兹可调多焦点超...
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