一种超表面光束聚焦控制方法

技术领域

本发明涉及波长调控技术领域，尤其涉及一种超表面光束聚焦控制方法。

背景技术

超表面是一种由二维周期性亚波长结构阵列组成的人工材料，具有高度灵活的光响应能力，通过设计合适的亚波长结构，能对实现对入射光的相位，振幅，偏振态进行任意控制，同时由于超表面器件具有体积小、系统简单、易于集成等特点，因此，超表面在平面透镜、全息、光束产生、光束整形、偏振器件等领域具有巨大的应用潜力。

当前，超表面已展示出了对多个光场参量进行同时调控的能力，如振幅+相位、偏振+相位、以及振幅+相位+偏振等多维度操控。 然而，现有技术在超表面光束聚焦调控方面存在一些问题和局限性：

1. 多波长叠加效应：在实际应用中，通常需要处理多个波长的光，而现有技术对于多波长叠加效应的处理能力有限，多波长的叠加会引起光的干涉和相位差，导致光聚焦的误差增加。

2. 结构设计复杂性：现有技术中，超表面的结构设计需要依赖复杂的关系式和计算模型，这些模型需要准确的输入光波长和超表面结构参数，而实际应用中光波长和结构参数的测量和控制存在一定的困难。

3. 聚焦精度有限：虽然现有技术能够通过理论计算得到超表面的聚焦焦点值，但实际制备的超表面结构存在一定的制备误差和不完美性，这些因素会影响超表面的聚焦精度，限制了超表面在实际应用中的性能表现。

综上所述，现有技术在超表面光束聚焦调控方面存在多波长叠加效应处理、结构设计复杂性和聚焦精度有限等问题。因此，有必要提出一种新的解决方案，以克服这些问题并改进超表面的聚焦性能。

发明内容

基于上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种超表面光束聚焦控制方法，通过采集n组波长的入射光传输至m个超表面后的焦点f值，得出输入光波长、超表面结构与焦点的关系式，可以得到超表面结构理论聚焦焦点值，从而准确控制超表面的聚焦效果。

本发明提供一种为了实现超表面光束聚焦误差控制的目的，本技术方案主要采用如下的技术手段：

S1、数据采集：采集x组不同波长λ

S2、确定理论计算公式δ：基于上述多次采集数据的结果，获取输入光波长λ

S3、实际使用的超表面结构的结构参数确定：根据实际使用的超表面结构，得出其具体结构参数，并将该结构参数、实际使用时的输入光波长输入至步骤S2所述的理论计算公式δ，计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值f

S4、超表面光束聚焦控制：根据计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值f

具体的，上述步骤S2中的超表面结构参数为超表面结构有效折射率n。

具体的，上述步骤S2中，根据测量结果建立输入光波长、超表面结构参数与焦点的关系式，可以采用数学建模或数据拟合的方法。

具体的，根据计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值来调节超表面结构的结构参数以实现光束聚焦控制，可以通过调整超表面结构参数或使用反馈控制系统等方式。

通过以上技术手段，可以实现超表面光束聚焦误差的控制，提高超表面光学器件的精度和性能。

与现有的技术相比，本发明的技术方案有益效果如下：

1. 实现了超表面光束聚焦控制，能够通过采集多组波长的入射光传输至多个超表面后的焦点f值，从而得出输入光波长、超表面结构与焦点之间的关系式，这使得我们可以准确地预测和控制超表面的聚焦焦点位置。

2. 基于上述关系式，一方面能够根据所需的聚焦焦点值来设计超表面的结构，从而实现理论上的精确聚焦；另一方面可以提高超表面光束聚焦焦点确定的效率，而且不需要每次另外辅助焦点测量，也可避免人为测量所带来的策略误差。

3. 相对于现有技术，本发明具有更高的聚焦精度和更灵活的调节能力，可以满足更多复杂场景下的光聚焦需求。

4. 通过控制超表面光束聚焦误差，本发明可以提高光学系统的性能和效率，为光通信、光传感等领域的应用提供更好的解决方案。

5. 本发明的方法简单易行，可以实现大规模生产和应用，具有良好的工程实用性。

附图说明

为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的超表面光束聚焦控制方法流程图。

实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示。

超表面实质就是利用带有亚波长分离和空间变化的几何参量的阵列来形成一个随着空间变化的光学响应，以此塑造光的波阵面。根据惠更斯原理，界面上每一个点创建一个球面波，波的干扰形成了新的波阵面。另外，根据广义折射与反射定律，可以在厚度不变的情况下，通过改变超表面的结构，来调节等效折射率n来控制传输相位，以实现光束聚焦的调节。

实施例

本实施例提供一种超表面光束聚焦控制方法，包括如下步骤：

S1、数据采集：采集x组不同波长λ

S2、确定理论计算公式δ：基于上述多次采集数据的结果，获取输入光波长λ

S3、实际使用的超表面结构的结构参数确定：根据实际使用的超表面结构，得出其具体结构参数，并将该结构参数、实际使用时的输入光波长输入至步骤S2所述的理论计算公式δ，计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值f

S4、超表面光束聚焦控制：根据实际对超表面光束聚焦的需要，并基于计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值f

具体的，上述步骤S2中的超表面结构参数为超表面结构的有效折射率n，具体为根据x个不同结构的超表面结构计算得到不同超表面结构的有效折射率n

具体的，上述步骤S2中，根据测量结果建立输入光波长、超表面结构参数与焦点的关系式，可以采用数学建模或数据拟合的迭代算法得出，并在计算误差满足预期时停止迭代。

具体的，根据计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值来调节超表面结构的结构参数以实现光束聚焦控制，可以通过调整超表面结构参数或使用反馈控制系统等方式。该超表面结构参数包括超表面结构的具体组成、尺寸、材料等参数。

实施例

本实施例提供一种超表面光束聚焦控制方法，包括如下步骤：

S1、数据采集：采集x组不同波长λ

S2、确定理论计算公式δ：基于上述多次采集数据的结果，获取输入光波长λ

S3、理论计算公式δ验证：采集y组不同波长λ

S4、理论计算公式δ误差调整：当|f

S5、实际使用的超表面结构的结构参数确定：根据实际使用的超表面结构，得出其具体结构参数，并将该结构参数、实际使用时的输入光波长输入至步骤S4所述的理论计算公式δ’，计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值f

S6、超表面光束聚焦控制：根据实际对超表面光束聚焦的需要，并基于计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值f

具体的，上述步骤S2中的超表面结构参数为超表面结构的有效折射率n，具体为根据x个不同结构的超表面结构计算得到不同超表面结构的有效折射率n

具体的，上述步骤S2中，根据测量结果建立输入光波长、超表面结构参数与焦点的关系式，可以采用数学建模或数据拟合的迭代算法得出，并在计算误差满足预期时停止迭代。

具体的，根据计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值来调节超表面结构的结构参数以实现光束聚焦控制，可以通过调整超表面结构参数或使用反馈控制系统等方式。该超表面结构参数包括超表面结构的具体组成、尺寸、材料等参数。

具体的，上述步骤S4中，以步骤S1中的x组采集数据与S3中的y组采集数据进行数值计算得到误差调整后的波长λ、超表面结构参数与焦点值f的理论计算公式δ’，可以采用数学建模或数据拟合的迭代算法得出，并在计算误差满足预期时停止迭代。

实施例

本实施例提供一种超表面光束聚焦控制方法，包括如下步骤：

S1、数据采集：采集x组不同波长λ

S2、确定理论计算公式δ：基于上述多次采集数据的结果，获取输入光波长λ

S3、理论计算公式δ验证：采集y组不同波长λ

S4、理论计算公式δ误差调整：当|f

S5、实际使用的超表面结构的结构参数确定：根据实际使用的超表面结构，得出其具体结构参数，并将该结构参数、实际使用时的输入光波长输入至步骤S4所述的理论计算公式δ’，计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值f

S6、超表面光束聚焦控制：根据实际对超表面光束聚焦的需要，并基于计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值f

具体的，上述步骤S2中的超表面结构参数为超表面结构的有效折射率n，具体为根据x个不同结构的超表面结构计算得到不同超表面结构的有效折射率n

具体的，上述步骤S2中，根据测量结果建立输入光波长、超表面结构参数与焦点的关系式，可以采用数学建模或数据拟合的迭代算法得出，并在计算误差满足预期时停止迭代。

具体的，根据计算得到该实际使用的超表面结构的焦点值来调节超表面结构的结构参数以实现光束聚焦控制，可以通过调整超表面结构参数或使用反馈控制系统等方式。该超表面结构参数包括超表面结构的具体组成、尺寸、材料等参数。

相较于现有技术，本发明的由于超表面光速聚焦误差控制方法的先进性，该技术在通信、光学成像、激光加工等领域都有广泛的应用前景。

在通信领域，超表面光速聚焦误差控制方法可以用于光纤通信中的光束整形和聚焦。通过调整超表面结构，可以实现对不同波长的入射光的聚焦，从而提高光纤传输的效率和稳定性。此外，该技术还可以应用于无线通信中的天线设计，实现更高的传输速率和更稳定的信号传输。 在光学成像领域，超表面光速聚焦误差控制方法可以用于高分辨率的显微镜和望远镜设计。通过调整超表面结构，可以实现对不同波长的入射光的聚焦，从而提高图像的清晰度和分辨率。此外，该技术还可以应用于摄像机镜头的设计，实现更高质量的图像捕捉和视频录制。

在激光加工领域，超表面光速聚焦误差控制方法可以用于激光切割和激光打印等工艺的优化。通过调整超表面结构，可以实现对激光束的聚焦，从而提高激光加工的精度和效率。此外，该技术还可以应用于激光刻蚀和激光焊接等工艺，实现更精细的加工和更高质量的产品制造。

随着通信、光学成像和激光加工等领域的快速发展，对高效、精确的光束聚焦和控制的需求不断增加。超表面光速聚焦误差控制方法的出现，填补了相关技术的空白，具有巨大的市场需求。相信该技术将在未来的科技创新和产业发展中发挥重要作用，并带来巨大的经济效益和社会价值。

需要说明的是，虽然本发明以具体实施例揭露如上，但上述实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定发范围为准。