CN111610580A

CN111610580A - 超透镜及其制备方法

Info

Publication number: CN111610580A
Application number: CN201910131863.5A
Authority: CN
Inventors: 陈振宇
Original assignee: Ningbo Sunny Opotech Co Ltd
Current assignee: Ningbo Sunny Opotech Co Ltd
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: CN111610580B

Abstract

本申请提供了一种超透镜及其制备方法。该超透镜包括相位调节颗粒和固定介质。相位调节颗粒具有球形形状并且其分布量基于工作光波的目标折射路径确定。固定介质用于固定相位调节颗粒。本申请提供的超透镜具有较大的视场角、较小的像差以及较小的厚度。

Description

超透镜及其制备方法

技术领域

本申请涉及光学技术领域，更具体的，涉及一种超透镜及其制备方法。

背景技术

传统光学透镜利用介质折射率之间的差异改变光波的传播路径。然而，传统光学透镜存在一些不足。例如，传统光学透镜的中心区域和边缘区域对光线汇聚能力不同。远轴区域入射的光线通过透镜时被折射的程度得比近轴区域入射的光线高。因此，由同一物点发出的光线经过透镜后并非汇聚在一个点上，而是在透镜像平面上形成一个漫射圆斑。这种现象被称之为球差，属于轴上点像差的一种。球差的存在限制了透镜的分辨能力。

除了轴上点像差之外，传统光学透镜还存在轴外像差问题，例如慧差、像散、场曲、畸变等像差问题。针对这些问题，在传统的光学镜头领域，通过堆叠多个不同的透镜来对像差进行校正。然而，这也使得传统光学镜头的体积较大。

因此，需要一种能够在保证镜头具有纤薄属性的同时实现高成像质量的透镜模组。近年来提出的超透镜的概念使得这一需求有望得以满足。

发明内容

本申请的一方面提供了一种超透镜。该超透镜包括相位调节颗粒和固定介质。相位调节颗粒具有球形形状并且其分布量基于工作光波的目标折射路径确定。固定介质用于固定相位调节颗粒。

根据本申请实施例，从超透镜的中心朝向超透镜的边缘，相位调节颗粒的分布量可逐渐降低。

根据本申请实施例，从超透镜的中心朝向超透镜的边缘，固定介质的厚度可逐渐降低。

根据本申请实施例，从超透镜的中心朝向超透镜的边缘，相位调节颗粒的分布量可逐渐升高。

根据本申请实施例，从超透镜的中心朝向超透镜的边缘，固定介质的厚度可逐渐增加。

根据本申请实施例，工作光波的波长可以是相位调节颗粒的直径的整数倍。

根据本申请实施例，工作光波的波长可以是相位调节颗粒的直径的两倍。

根据本申请实施例，固定介质的电导率可小于相位调节颗粒的电导率。

根据本申请实施例，固定介质可由第一介电材料制成。

根据本申请实施例，超透镜还可包括基体，基体可由第二介电材料制成，并且相位调节颗粒和固定介质可设置在基体上。

根据本申请实施例，第一介电材料与第二介电材料可相同。

根据本申请实施例，基体与固定介质可集成为单一实体。

根据本申请实施例，基体的电导率可小于相位调节颗粒的电导率。

根据本申请实施例，第一介电材料和第二介电材料可以是透明材料。

根据本申请实施例，相位调节颗粒可具有多种直径，多种直径中的每一直径与工作光波的一个波长对应。

根据本申请实施例，相位调节颗粒可由金属材料或半导体材料制成。

根据本申请实施例，相位调节颗粒的分布量还可基于超透镜的虚拟光学镜面的高阶曲率调制而确定。

本申请的另一方面提供了一种超透镜制备方法。该超透镜制备方法包括：提供第一相位调节剂和第二相位调节剂，第一相位调节剂包括固定介质以及由金属材料或半导体材料制成的相位调节颗粒，固定介质具有粘性并且相位调节颗粒具有球形形状，第二相位调节剂仅包含固定介质；基于工作光波的目标折射路径将第一相位调节剂和第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上；以及固化第一相位调节剂和第二相位调节剂。

根据本申请实施例，提供第一相位调节剂可包括：基于工作光波的目标折射路径调配相位调节颗粒在第一相位调节剂中的分布量。

根据本申请实施例，基于工作光波的目标折射路径将第一相位调节剂和第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上可包括：将第一相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上，使得从基体的中心朝向基体的边缘，相位调节颗粒的分布量逐渐降低。

根据本申请实施例，基于工作光波的目标折射路径将第一相位调节剂和第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上可包括：将第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上，使得从基体的中心朝向基体的边缘，固定介质的厚度逐渐降低。

根据本申请实施例，基于工作光波的目标折射路径将第一相位调节剂和第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上可包括：将第一相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上，使得从基体的中心朝向基体的边缘，相位调节颗粒的分布量逐渐升高。

根据本申请实施例，基于工作光波的目标折射路径将第一相位调节剂和第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上可包括：将第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上，使得从基体的中心朝向基体的边缘，固定介质的厚度逐渐增加。

根据本申请实施例，固定介质可由第一介电材料制成。

根据本申请实施例，第一介电材料与第二介电材料可以相同。

根据本申请实施例，超透镜制备方法还可包括：加工固化后的超透镜的表面，使得超透镜具有凹透镜或凸透镜的轮廓。

本申请的另一方面提供了一种超透镜制备方法，其特征在于，超透镜制备方法包括：提供固定介质以及由金属材料或半导体材料制成的相位调节颗粒，固定介质具有粘性并且相位调节颗粒具有球形形状；在由介电材料制成的基体上涂覆固定介质；在固定介质上按照与工作光波的目标折射路径对应的分布浓度喷涂相位调节颗粒；以及固化固定介质。

本申请的另一方面提供了一种超透镜制备方法，其特征在于，超透镜制备方法包括：提供聚合物基底；以及利用双光子光刻在聚合物基底中将电导率小于聚合物基底的基材刻蚀出球形相位调节颗粒，相位调节颗粒的分布量基于工作光波的目标折射路径确定。

根据本申请，通过调节相位调节颗粒的分布量在透镜界面上形成与期望的光线路径对应的相位梯度，因此能够实现对光波传播路径的控制，达到与传统光学透镜类似的光学折射效果。另外，由于可人为操控相位梯度，因此可通过合理的相位梯度控制来消除或减小像差。此外，由于采用了球形相位调节颗粒，增大了透镜的视场角。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是示出了根据本申请实施例的超透镜的简化示意图；

图2是示出了根据本申请实施例的相位调节颗粒的一种示例性分布；

图3是示出了根据本申请实施例的相位调节颗粒的另一种示例性分布；

图4是示出了根据本申请实施例的一种超透镜；

图5是示出了根据本申请实施例的超透镜的一种制备方法；

图6是示出了根据本申请实施例的超透镜的另一种制备方法；以及

图7是示出了根据本申请实施例的超透镜的又一种制备方法。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一介电材料也可被称作第二介电材料。

在附图中，为了便于说明，可能已稍微夸大了各部件的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除还存在一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰列表中的全部特征，而不是仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施例时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施例”。另外，词语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

如在本文中使用的，词语“大致”、“大约”以及类似的词语用作表近似的词语，而不用作表程度的词语，并且旨在说明本领域普通技术人员能够认识到的测量值或计算值中的固有偏差。

除非另外限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，术语(例如在常用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义进行解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如背景技术中所述，有望能够通过超透镜来构建具有高成像质量的轻薄成像镜头。传统的折射型光学透镜利用透镜折射率与空气折射率之间的差异或透镜的面型变化来实现特定的相位分布。传统光学元件对光波传播方向的调控是通过沿着光程上的相位逐渐变化而累积实现的。

由费马原理可知，光沿光程为极小值的实际路径传播。假设光在A、B两点间的实际传播路径上的总光程为

n(r)为传播路径r上的折射率分布，将该总光程表达为相位形式为

k₀为真空波数。若光在传播时所穿越的两种介质分界面对光波引入Φ(r_s)的相位跃变，该相位跃变是分界面上的位矢r_s的函数，则光波在A、B两点实际传播路径对应的总相位为：

在二维情况下，假设光波从折射率为n_i的介质入射至折射率为n_t的介质中，可得出：

上式即为广义折射定律。与斯涅尔公式相比，多引入了

项。这一项中的dφ/dx是在入射光与出射光界定的平面上沿着界面方向的相位梯度。

通过公式2可知，经典斯涅尔公式只是广义折射定律在相位梯度为零的条件下的特殊情况。另外，通过公式2可知，如果在界面上对入射光引入合适的相位梯度，那么出射光可以朝任意方向折射。换言之，可以通过控制界面上的相位梯度来操控光波的折射方向。

相位梯度界面则相当于在分界面上对入射光场引入了一个非均匀分布的相位跃变(相当于附加动量)。因此，相位梯度界面的引入不但突破了经典观念，丰富和拓展了光传播规律的物理内涵，同时还可从相位梯度的角度重新审视传统光学元件的设计思路，为平面光学设计提供新的自由度。例如，可以通过表面加工技术在光学介质表面获得微结构，并且利用该微结构调节相位梯度以操控光波的折射方向。可在加工微结构时将像差的因素考虑在内，从而利用适当的相位梯度来消除或减弱像差。在这种情况下，可以使用单个透镜或者少数几个透镜实现高质量的成像，从而能够在不降低成像质量的情况下实现镜头的纤薄化。

以下参照图1描述本申请利用该原理的超透镜1000。

参照图1，超透镜1000包括相位调节颗粒1100和固定介质1200。相位调节颗粒1100具有球形形状并且其分布量基于工作光波的目标折射路径确定。固定介质1200用于固定相位调节颗粒1100。

一般而言，每一透镜都具有其特定的应用场景。例如，用于红外成像的透镜，预先设计的通过它的光波处于红外线的波长范围，例如760nm左右。在本申请中，工作光波表示在设计透镜时所针对的应用场景下的光波。

当工作光波在由相位调节颗粒1100形成的微结构上激发电荷振荡时，电荷振荡会将电荷存储的入射光能以电磁辐射的形式释放出去。光学界面上的相位调节颗粒1100相当于一个个次波源，入射光在相位调节颗粒1100上所激发的电磁辐射就是这些次波源发出的次波。换言之，相位调节颗粒1100使入射光在相位调节颗粒1100上激发电荷振荡，形成共振，产生0～2π的相位延迟。相位调节颗粒1100的分布量可以调节光学界面上的相位梯度。例如，从超透镜1000的中心朝向超透镜1000的边缘，入射光路径上的相位调节颗粒1100的数量可以增加或者减少。这可通过合理地设置相位调节颗粒1100之间的间隙或者合理地设置相位调节颗粒1100的排布图案而实现。

当由相位调节颗粒1100决定的光学界面上的相位梯度能够使得平行入射光的出射光汇聚于一点时，超透镜1000即可实现传统的凸透镜实现的功能。例如，当从超透镜1000的中心朝向超透镜1000的边缘，相位调节颗粒1100的分布量逐渐降低时，超透镜1000可实现传统的凸透镜实现的功能。类似地，当由相位调节颗粒1100决定的光学界面上的相位梯度能够使得从一个点发散的入射光的出射光平行射出时，超透镜1000即可实现传统的凹透镜实现的功能。例如，当从超透镜1000的中心朝向超透镜1000的边缘，相位调节颗粒1100的分布量逐渐升高时，超透镜1000可实现传统的凹透镜实现的功能。

正如上文所述的，在设计这样的相位梯度时，可以考虑在超透镜1000的各个位置入射的光的传播路径，从而消除诸如球差等像差。换言之，根据本申请，可以基于工作光波的目标折射路径来计算出合适的相位梯度，并由此确定相位调节颗粒1100的分布量。然后，可基于该分布量合理地布置相位调节颗粒1100从而获得满足设计需求的超透镜1000。

另外，在传统的光学透镜设计中，感光芯片翘曲造成场曲并且镜头本身的光学设计也会带来场曲。这些场曲可以通过合理地设计具有高阶曲率的非球面透镜进行补偿，从而消除或弱化光学系统的像差。

因此，也可以在传统的光学透镜系统中进行超透镜设计，以辅助这类光学透镜系统实现高成像质量和小型化。例如，可以在一片或多篇透镜的界面上布置本申请的超透镜设计，通过改变超透镜相位调节颗粒1100的分布，将超透镜相位调节颗粒1100的分布量按照高阶自由曲面的参数设定，以提供高阶的像面调制。

换言之，相位调节颗粒的分布量还可基于超透镜的虚拟光学镜面的高阶曲率调制而确定。这里所述的虚拟光学镜面是指可实现超透镜的光路调节功能的传统光学透镜的镜面。

根据本申请，相位调节颗粒1100具有球形形状。因此，无论入射光的入射角度如何，相位调节颗粒1100相对于入射光的截面永远为圆形。相较于诸如纳米柱的各向异性的微结构而言，球形形状的相位调节颗粒减小了入射光的角度对相位调节的影响，从而增大了超透镜的视场角。

根据本申请，相位调节颗粒1100可由金属材料或半导体材料制成。具体地，半导体材料可包括氮化镓GaN、二氧化钛TiO₂、砷化镓GaAs等。

工作光波的波长可以是相位调节颗粒1100的直径的整数倍。例如，相位调节颗粒1100的直径可以表示为λ/n，其中λ为工作光波的波长，n为正整数。优选地，n＝2。当工作光波是单色光时，相位调节颗粒1100的直径的公差范围优选地在±15％之内。

根据本申请，当工作光波是复色光时，相位调节颗粒1100可包括具有多种直径的颗粒，其中每一直径均与特定的波长对应。通过合理地布置具有不同直径的相位调节颗粒1100的分布，可以实现复色光的同时聚焦。另外，通过合理地布置具有不同直径的相位调节颗粒1100的分布，超透镜1000也可将复色光中包含的不同波长的工作光波分别聚焦到不同的位置，从而实现分光器的功能。例如在实现可见光拍照时，可以分别将R(红)G(绿)B(蓝)三种光聚焦到感光芯片上的不同位置，以获取所拍摄的图像信息。

当工作光波是复色光时，相位调节颗粒1100的直径的公差范围优选地在最大波长与最小波长之间的差值的四分之一内。例如，对于RGB的复色工作光波(R对应于波长为633nm的红色光，G对应于波长为530nm的绿色光，以及B对应于波长为430nm的蓝色光)，相位调节颗粒1100的直径的公差范围建议在±50nm内，更优选地在±20nm内，相位调节颗粒1000的直径的制造公差越小，超透镜的成像质量及工作效率越高。

固定介质1200可用于固定相位调节颗粒1100，从而使相位调节颗粒1100的空间分布不发生改变。固定介质1200的电导率小于相位调节颗粒1100的电导率。优选地，固定介质1200可由介电材料制成，例如，可由电导率小于相位调节颗粒1100的电导率的第一介电材料制成。

根据本申请，超透镜1000还可包括基体1300，基体1300由第二介电材料制成，并且相位调节颗粒1100和固定介质1200可设置在基体1300上。

根据本申请，第一介电材料与第二介电材料相同。即，固定介质1200和基体1300可由相同的介电材料制成。优选地，固定介质1200和基体1300由透明介电材料制成。本申请中的透明应作广义理解，例如因为材料本身而透明或因足够纤薄而透明。第一介电材料和第二介电材料可以是氧化铝Al₂O₃、二氧化硅SiO₂等。固定介质1200和基体1300也可以一体成型为单一实体。

图2和图3示出了根据本申请实施例的相位调节颗粒的两种示例性分布。

参照图2和图3，从超透镜的中心朝向超透镜的边缘，相位调节颗粒的分布量逐渐降低。作为示例，图2和图3中的相位调节颗粒均具有相同直径。因此，每个相位调节颗粒均可使经过的光波产生相同的相位延迟。如上所述，这样的超透镜可以产生类似于传统的凸透镜的折射效果。当设计光路方向上的相位调节颗粒的数量增加时，该设计光路方向上的光波所产生的累计相位延迟变大。因此，可通过这种方式调节超透镜的焦距。另外，可以通过调节不同列上的相位调节颗粒的数量来调节超透镜的球差、轴外像差等像差。

图4示出了根据本申请实施例的一种结合了相位梯度调节和传统光学折射的超透镜。

参照图4，从超透镜4000的中心朝向超透镜4000的边缘，相位调节颗粒4100的分布量逐渐降低。此外，从超透镜4000的中心朝向超透镜4000的边缘，固定介质4200的厚度逐渐降低。换言之，固定介质4200可以作为传统的凸面镜而使用以对入射光线进行汇聚。这种汇聚效果可以对相位调节颗粒4100实现的光线汇聚功能进行强化，以获得对光波传播方向更强的控制。

类似地，当从超透镜的中心朝向超透镜的边缘，相位调节颗粒的分布量逐渐升高时，也可将固定介质配置成具有从超透镜的中心朝向超透镜的边缘逐渐增加的厚度，从而实现强化的凹透镜的功能。在不背离本公开的教导的前提下，本领域技术人员能够基于本公开获得多种相位梯度调节和传统光学折射相结合的方式。

以下参照图5描述根据本申请实施例的一种超透镜制备方法。

如图5所示，超透镜制备方法5000可包括以下步骤。

在步骤S5010，提供第一相位调节剂和第二相位调节剂，第一相位调节剂包括固定介质以及由金属材料或半导体材料制成的相位调节颗粒。固定介质具有粘性并且相位调节颗粒具有球形形状。第二相位调节剂仅包含固定介质。粘性表示流体流动的粘滞特性，粘性越大，流体的粘滞阻力越大，流动性越低。

根据本申请，相位调节颗粒具有球形形状。因此，无论入射光的入射角度如何，相位调节颗粒相对于入射光的截面永远为圆形。相较于诸如纳米柱的各向异性的微结构而言，球形形状的相位调节颗粒减小了入射光的角度对相位调节的影响，从而增大了超透镜的视场角。根据本申请，相位调节颗粒可由金属材料或半导体材料制成。具体地，半导体材料可包括氮化镓GaN、二氧化钛TiO₂、砷化镓GaAs等。

相位调节颗粒的直径可以根据工作光波的波长来制备。例如，相位调节颗粒的直径可以表示为λ/n，其中λ为工作光波的波长，n为正整数。优选地，n＝2。

当工作光波是复色光时，相位调节颗粒可包括具有多种直径的颗粒，其中每一直径均与特定的波长对应。通过合理地布置具有不同直径的相位调节颗粒的分布，可以实现复色光的同时聚焦。另外，通过合理地布置具有不同直径的相位调节颗粒的分布，超透镜也可将复色光中包含的不同波长的工作光波分别聚焦到不同的位置，从而实现分光器的功能。

根据本申请实施例，在提供(例如，制备)第一相位调节剂时，可基于工作光波的目标折射路径调配相位调节颗粒在第一相位调节剂中的分布量。第二相位调节剂可用于填充不需要分布相位调节颗粒的空间。

在步骤S5020，基于工作光波的目标折射路径将第一相位调节剂和第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上。例如，可以基于工作光波的目标折射路径设计相位调节颗粒的分布情况，然后在分布有相位调节颗粒的位置喷涂第一相位调节剂，而在无需分布相位调节颗粒的位置喷涂第二相位调节剂。例如，可设计成超透镜的中心朝向超透镜的边缘，相位调节颗粒的分布量逐渐降低以实现凸透镜的功能。再例如，可设计成从超透镜的中心朝向超透镜的边缘，相位调节颗粒的分布量逐渐升高以实现凹透镜的功能。

在喷涂时，可以喷涂成大致平坦的表面，如参照图2和图3描述的实施例。此外，也可以喷涂成具有凸出或凹陷的表面，以利用固化后的固定介质充当凸透镜或凹透镜。这样固化后的超透镜具有如参照图4描述的实施例的配置。然而，即便通过喷涂形成了大致平坦的表面，也可通过后期加工(诸如研磨或蚀刻等)将超透镜处理成具有凸透镜或凹透镜的形状。

根据本申请，固定介质的电导率可小于相位调节颗粒的电导率。例如，固定介质可由第一介电材料制成。根据本申请，第一介电材料可与第二介电材料相同。即，固定介质和基体可由相同的介电材料制成。优选地，固定介质和基体由透明介电材料制成。本申请中的透明应作广义理解，例如因为材料本身而透明或因足够纤薄而透明。第一介电材料和第二介电材料可以是氧化铝Al₂O₃、二氧化硅SiO₂等。

在步骤S5030，固化第一相位调节剂和第二相位调节剂。固定介质例如可以采用光固化介质或热固化介质。根据固定介质的属性，可采用光固化或热固化手段，或者采用两者的结合。可以一次性将第一相位调节剂和第二相位调节剂喷涂完毕后实施固化，也可以一边喷涂一边固化以避免因调节剂的流动而导致分布结构的改变。

以下参照图6描述根据本申请实施例的另一种超透镜制备方法。

如图6所示，超透镜制备方法6000可包括以下步骤。

在步骤S6010，提供固定介质以及由金属材料或半导体材料制成的相位调节颗粒，固定介质具有粘性并且相位调节颗粒具有球形形状。

在步骤S6020，在由介电材料制成的基体上涂覆固定介质。

在步骤S6030，在固定介质上按照与工作光波的目标折射路径对应的分布浓度喷涂相位调节颗粒。

在步骤S6040，固化固定介质。

与超透镜制备方法5000相比，超透镜制备方法6000不预先配置包含相位调节颗粒和固定介质的相位调节剂，而是将相位调节颗粒直接喷涂在固定介质上。喷涂时通过控制流速、喷涂时间等因素来控制相位调节颗粒的分布量，从而能够实现预定的相位梯度界面。可以逐层交替地喷涂固定介质和相位调节颗粒并逐层完成固化。换言之，可以迭代地执行步骤S6020至步骤S6040直至获得期望的超透镜结构。

以下参照图7描述根据本申请实施例的又一种超透镜制备方法。

如图7所示，超透镜制备方法7000可包括以下步骤。

在步骤S7010，提供光敏引发剂基底。

在步骤S7020，利用双光子聚合将光敏引发剂基底聚合出球形相位调节颗粒，相位调节颗粒的分布量基于工作光波的目标折射路径确定。

双光子聚合技术是一种现代3D打印方法，其类似于光固化快速成型技术。双光子聚合技术的原理是通过使用诸如“飞秒脉冲激光”等光束选择性地使光敏引发剂材料产生交联反应。双光子聚合的发生位置主要集中在两束光的聚焦点处，光路上其它位置的激光强度不足以产生双光子聚合。另外，由于通常所使用的光波的波长较长、能量较低，一般不会发生相应的单光子固化过程。因此，双光子过程具有良好的空间选择性。

双光子聚合能够在聚合物中直接制造几乎任意3D形状。当一个分子吸收两个相同的光子来从一个态被激发到更高能态时，在光敏引发剂材料中会发生聚合作用。基于此，可以将近红外脉冲或激光束照射到光敏引发剂中，使光敏引发剂在近红外脉冲或激光束焦点处发生聚合作用，形成一个个球形相位调节颗粒。

本申请的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本申请限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域技术人员而言是显然的。例如，本领域技术人员能够在本公开的教导下使用其它半导体工艺来制备超透镜。选择和描述实施例是为了更好说明本申请的原理和实际应用，并且使本领域技术人员能够理解本申请从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种超透镜，其特征在于，所述超透镜包括：

相位调节颗粒，所述相位调节颗粒具有球形形状，所述相位调节颗粒的分布量基于工作光波的目标折射路径确定；以及

固定介质，所述固定介质用于固定所述相位调节颗粒。

2.根据权利要求1所述的超透镜，其特征在于，从所述超透镜的中心朝向所述超透镜的边缘，所述相位调节颗粒的分布量逐渐降低。

3.根据权利要求2所述的超透镜，其特征在于，从所述超透镜的中心朝向所述超透镜的边缘，所述固定介质的厚度逐渐降低。

4.根据权利要求1所述的超透镜，其特征在于，从所述超透镜的中心朝向所述超透镜的边缘，所述相位调节颗粒的分布量逐渐升高。

5.根据权利要求4所述的超透镜，其特征在于，从所述超透镜的中心朝向所述超透镜的边缘，所述固定介质的厚度逐渐增加。

6.根据权利要求1所述的超透镜，其特征在于，所述工作光波的波长是所述相位调节颗粒的直径的整数倍。

7.根据权利要求6所述的超透镜，其特征在于，所述工作光波的波长是所述相位调节颗粒的直径的两倍。

8.根据权利要求1所述的超透镜，其特征在于，所述固定介质的电导率小于所述相位调节颗粒的电导率。

9.根据权利要求1所述的超透镜，其特征在于，所述固定介质由第一介电材料制成。

10.根据权利要求1所述的超透镜，其特征在于，所述超透镜还包括基体，所述基体由第二介电材料制成，并且所述相位调节颗粒和所述固定介质设置在所述基体上。

11.根据权利要求10所述的超透镜，其特征在于，所述第一介电材料与所述第二介电材料相同。

12.根据权利要求11所述的超透镜，其特征在于，所述基体与所述固定介质集成为单一实体。

13.根据权利要求10所述的超透镜，其特征在于，所述基体的电导率小于所述相位调节颗粒的电导率。

14.根据权利要求10所述的超透镜，其特征在于，所述第一介电材料和所述第二介电材料是透明材料。

15.根据权利要求1所述的超透镜，其特征在于，所述相位调节颗粒具有多种直径，所述多种直径中的每一直径与所述工作光波的一个波长对应。

16.根据权利要求1所述的超透镜，其特征在于，所述相位调节颗粒由金属材料或半导体材料制成。

17.根据权利要求1所述的超透镜，其特征在于，所述相位调节颗粒的分布量还基于所述超透镜的虚拟光学镜面的高阶曲率调制而确定。

18.一种超透镜制备方法，其特征在于，所述超透镜制备方法包括：

提供第一相位调节剂和第二相位调节剂，所述第一相位调节剂包括固定介质以及由金属材料或半导体材料制成的相位调节颗粒，所述固定介质具有粘性并且所述相位调节颗粒具有球形形状，所述第二相位调节剂仅包含所述固定介质；

基于工作光波的目标折射路径将所述第一相位调节剂和所述第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上；以及

固化所述第一相位调节剂和所述第二相位调节剂。

19.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，提供第一相位调节剂包括：基于所述工作光波的目标折射路径调配所述相位调节颗粒在所述第一相位调节剂中的分布量。

20.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，基于工作光波的目标折射路径将所述第一相位调节剂和所述第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上包括：

将所述第一相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上，使得从所述基体的中心朝向所述基体的边缘，所述相位调节颗粒的分布量逐渐降低。

21.根据权利要求20所述的超透镜制备方法，其特征在于，基于工作光波的目标折射路径将所述第一相位调节剂和所述第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上包括：

将所述第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上，使得从所述基体的中心朝向所述基体的边缘，所述固定介质的厚度逐渐降低。

22.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，基于工作光波的目标折射路径将所述第一相位调节剂和所述第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上包括：

将所述第一相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上，使得从所述基体的中心朝向所述基体的边缘，所述相位调节颗粒的分布量逐渐升高。

23.根据权利要求22所述的超透镜制备方法，其特征在于，基于工作光波的目标折射路径将所述第一相位调节剂和所述第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上包括：

将所述第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上，使得从所述基体的中心朝向所述基体的边缘，所述固定介质的厚度逐渐增加。

24.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，所述工作光波的波长是所述相位调节颗粒的直径的整数倍。

25.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，所述工作光波的波长是所述相位调节颗粒的直径的两倍。

26.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，所述固定介质的电导率小于所述相位调节颗粒的电导率。

27.根据权利要求18所所述的超透镜制备方法，其特征在于，所述固定介质由第一介电材料制成。

28.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，所述第一介电材料与所述第二介电材料相同。

29.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，所述基体的电导率小于所述相位调节颗粒的电导率。

30.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，所述第一介电材料和所述第二介电材料是透明材料。

31.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，所述相位调节颗粒具有多种直径，所述多种直径中的每一直径与所述工作光波的一个波长对应。

32.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，所述超透镜制备方法还包括：

加工固化后的超透镜的表面，使得所述超透镜具有凹透镜或凸透镜的轮廓。

33.根据权利要求18所述的超透镜制备方法，其特征在于，基于工作光波的目标折射路径将所述第一相位调节剂和所述第二相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上包括：

将所述第一相位调节剂喷涂在由第二介电材料制成的基体上，使得述相位调节颗粒的分布量满足所述超透镜的虚拟光学镜面的高阶曲率调制。

34.一种超透镜制备方法，其特征在于，所述超透镜制备方法包括：

提供固定介质以及由金属材料或半导体材料制成的相位调节颗粒，所述固定介质具有粘性并且所述相位调节颗粒具有球形形状；

在由介电材料制成的基体上涂覆所述固定介质；

在所述固定介质上按照与工作光波的目标折射路径对应的分布浓度喷涂所述相位调节颗粒；以及

固化所述固定介质。

35.一种超透镜制备方法，其特征在于，所述超透镜制备方法包括：

提供光敏引发剂基底；以及

利用双光子聚合将所述光敏引发剂基底聚合出球形相位调节颗粒，所述相位调节颗粒的分布量基于工作光波的目标折射路径确定。