CN112859206A - 一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜及其制备方法 - Google Patents

一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜及其制备方法，属于激光光束整形领域，全介质超透镜包括：介质衬底层和超表面结构；超表面结构位于介质衬底层一侧表面上，包括多个超表面柱状结构单元，多个超表面柱状结构单元按照四方晶格周期阵列的方式排列，各超表面柱状结构单元的高度相同。基于高斯光、目标平顶光电场强度振幅分布、全介质超透镜输入面和输出面的电场强度分布对超透镜相位进行优化设计，根据优化设计后的相位设计并制备超透镜。超表面结构大大减小光束整形器件的体积，器件厚度可减小至百微米量级，无需增加其他元件，简化光束整形装置，降低装配精度要求，该超透镜具有相位调控精度高的优势，能够实现连续的相位调控。

Description

一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜及其制备方法
技术领域
本发明属于激光光束整形领域，更具体地，涉及一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜及其制备方法。
背景技术
激光光束的能量一般服从高斯分布，其能量的非均匀特性会导致局部温度升高而破坏材料，在很多激光应用领域，这种不均匀特性会限制其应用，因此，需要对高斯光束进行整形，得到均匀性好的平顶光束。平顶光束是指在光束传输方向的横截面内有均匀能量密度的激光光束，由于其能量分布均匀的特点，在激光焊接、激光钻孔、激光烧灼、激光医疗、激光显示等领域中有着重要的应用。均匀的光斑可以对工作表面进行均匀的激光处理，避免损伤材料。此外，光斑的尖锐边界可以清晰区分已处理区域和未处理区域。
目前实现激光束整形和均匀化的方法主要有非球面透镜法和衍射光学元件法等。非球面透镜法的光束整形系统根据几何光学原理设计，系统中包含一个或多个非球面透镜，其缺点在于体积大、结构复杂、笨重、造价昂贵。衍射光学元件法的光束整形系统根据衍射光学原理设计，系统中通常包含一个衍射光学元件和紧靠衍射光学元件的聚焦透镜，存在衍射光学元件制作工艺较复杂，与折射透镜集成困难，难以降低体积，成本较高等缺点，同时由于多次光刻工艺不够成熟，相位分布需要进行量化设计，难以做到连续的相位变化控制来实现更加精确的波前调控。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜及其制备方法，其目的在于减小光束整形器件的体积和厚度，简化光束整形装置，降低装配精度要求，提高其相位调控精度。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜，包括介质衬底层和超表面结构；所述超表面结构位于所述介质衬底层一侧的表面上，包括多个超表面柱状结构单元，所述多个超表面柱状结构单元按照四方晶格周期阵列的方式排列，各所述超表面柱状结构单元的高度相同。
更进一步地，各所述超表面柱状结构单元的半径和高度均为亚波长量级。
更进一步地，所述介质衬底层的材料为砷化镓、硒化锌或二氧化硅，所述超表面柱状结构单元的材料为砷化镓、锗或硅。
按照本发明的另一个方面，提供了一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜的制备方法，包括：S1，设置全介质超透镜的初始相位分布；S2，计算高斯光经所述全介质超透镜传输整形后输出面的第一电场强度分布；S3，若所述第一电场强度分布的振幅分布满足预期目标，执行S5；否则，基于目标平顶光电场强度振幅分布和所述第一电场强度分布的相位分布构建输出面的第二电场强度分布，计算所述第二电场强度分布对应的第二输入面电场强度分布；S4，将所述全介质超透镜的相位分布更新为所述第二输入面电场强度分布的相位分布，并重复执行所述S2-S4，直至所述S2中得到的第一电场强度分布的振幅分布满足所述预期目标；S5，根据更新后所述全介质超透镜的相位分布设计所述全介质超透镜中多个超表面柱状结构单元的尺寸及排列方式；S6，根据设计得到的尺寸和排列方式制备所述全介质超透镜。
更进一步地，所述第一电场强度分布为：
Figure BDA0002916457270000031
Figure BDA0002916457270000032
Figure BDA0002916457270000033
Figure BDA0002916457270000034
其中，E21(x2，y2)为所述第一电场强度分布，G(x1，y1，x2，y2)为自由空间光由(x1，y1)到(x2，y2)的脉冲响应函数，E11(x1，y1)为所述高斯光在所述全介质超透镜输入面上产生的第一输入面电场强度分布，A1(x1，y1)为所述高斯光的电场强度振幅分布，
Figure BDA0002916457270000038
为所述全介质超透镜的相位分布，
Figure BDA0002916457270000039
为所述高斯光到达全介质超透镜前表面的相位常数，i为虚数单位，(x1，y1)为所述全介质超透镜输入面上的点，(x2，y2)为所述全介质超透镜输出面上的点，λ为所述高斯光的波长，l为(x2，y2)与(x1，y1)之间的长度，k为所述高斯光的波数，θn，l为(x2，y2)与输入面中心的连线和光轴z轴的夹角，ω0为所述高斯光的束腰半径，A1为所述高斯光中心的最大电场强度振幅。
更进一步地，所述第二电场强度分布和第二输入面电场强度分布为：
Figure BDA0002916457270000035
Figure BDA0002916457270000036
其中，E22(x2，y2)为所述第二电场强度分布，E12(x1，y1)为所述第二输入面电场强度分布，A2(x2，y2)为所述目标平顶光电场强度振幅分布，
Figure BDA0002916457270000037
为所述第一电场强度分布的相位分布，G*(x2，y2，x1，y1)为自由空间光由(x2，y2)到(x1，y1)的脉冲响应函数的复数共轭。
更进一步地，所述S2之前还包括：根据所述高斯光到达所述全介质超透镜的输入面上的束腰直径和所述全介质超透镜中超表面结构(2)的直径，基于能量守恒定律计算所述目标平顶光电场强度振幅分布。
更进一步地，目标平顶光的形状为圆形、椭圆形、长方形、正方形、线形或三角形。
更进一步地，所述S5包括：对更新后所述全介质超透镜的相位分布进行内部插值，使得插值后相位分布的离散点与所述超表面柱状结构单元一一对应；仿真获取所述全介质超透镜中超表面柱状结构单元尺寸与相位之间的对应关系；根据插值后相位分布查询所述对应关系，以得到所述多个超表面柱状结构单元的尺寸及排列方式。
更进一步地，所述初始相位分布为0或消球差聚焦相位分布。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)提供一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜，其超表面结构大大减小了光束整形器件的体积，器件厚度可减小至百微米量级，无需增加其他元件，简化光束整形装置，其平面化的设计使其易于安装，降低装配精度要求，具有直接与激光器集成的潜力；
(2)用于实现相位调控的超表面柱状结构单元的尺寸在亚波长量级，单个超透镜即可实现极好的光束整形效果，能够取代目前市面上复杂的光束整形系统，降低系统公差要求，降低成本，容易实现批量化生产；
(3)提供一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜的制备方法，根据高斯光、目标平顶光电场强度振幅分布、全介质超透镜输入面和输出面的电场强度分布对超透镜相位进行优化设计，设计精细灵活，提高超透镜的相位调控精度；
(4)通过对全介质超透镜的相位分布进行优化设计，能够得到多种不同形状的平顶光，包括圆形、椭圆形、长方形、正方形、线形、三角形等，从而提高其适用领域和适用范围。
附图说明
图1为本发明实施例提供的将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜的结构示意图；
图2为图1所示全介质超透镜中一个周期结构的结构示意图；
图3为图1所示全介质超透镜中部分微结构的排布图；
图4为本发明实施例提供的将高斯光整形成平顶光的系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜的制备方法的流程图；
图6A为本发明实施例一中提供的圆形平顶光插值后的二维相位分布图；
图6B为本发明实施例一中提供的圆形平顶光的二维归一化光强分布图；
图6C为本发明实施例一中提供的圆形平顶光的一维归一化光强分布图；
图7为本发明实施例提供的不同直径的超表面柱状结构单元对应的相位改变量和透过率示意图；
图8A为本发明实施例二中提供的正方形平顶光插值后的二维相位分布图；
图8B为本发明实施例二中提供的正方形平顶光的二维归一化光强分布图；
图9A为本发明实施例二中提供的长方形平顶光插值后的二维相位分布图；
图9B为本发明实施例二中提供的长方形平顶光的二维归一化光强分布图；
图10A为本发明实施例二中提供的线形平顶光插值后的二维相位分布图；
图10B为本发明实施例二中提供的线形平顶光的二维归一化光强分布图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1为介质衬底层，2为超表面结构，3为激光器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
图1为本发明实施例提供的将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜的结构示意图。参阅图1，结合图2-图4，对本实施例中的全介质超透镜进行详细说明。
参阅图1，全介质超透镜包括介质衬底层1和超表面结构2。超表面结构2位于介质衬底层1一侧的表面上，包括多个超表面柱状结构单元，多个超表面柱状结构单元按照四方晶格周期阵列的方式排列，各超表面柱状结构单元的高度相同。单个超表面柱状结构单元及其一侧的介质衬底层1如图2所示，各超表面柱状结构单元的半径和高度均为亚波长量级。各超表面柱状结构单元的直径可能相同，也可能不同，如图3所示，示出了直径不完全相同的超表面柱状结构单元。介质衬底层1的材料为砷化镓、硒化锌或二氧化硅，超表面柱状结构单元的材料为砷化镓、锗或硅。进一步地，可以在全介质超透镜的两面镀增透膜以提高透过率。
基于图1所示全介质超透镜搭建的光束整形系统如图4所示。参阅图4，全介质超透镜位于激光器3的光路上，且其介质衬底层1与激光器3直接相对，激光器3发出束腰半径为ω0的高斯光，经全介质超透镜整形后，即可在指定工作距离z0的平面上得到不同形状尺寸的平顶光，如圆形平顶光、正方形平顶光、长方形平顶光、线性平顶光、三角形平顶光等。高斯光的波长λ例如为10.6μm，束腰直径2ω0例如为3.5mm。
图5为本发明实施例提供的将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜的制备方法的流程图。参阅图5，结合图6A-图10B，对本实施例中的制备方法进行详细说明，方法包括操作S1-操作S6。
操作S1，设置全介质超透镜的初始相位分布。
具体地，设定全介质超透镜的初始相位分布以及输入面与输出面之间的距离z0。初始相位分布为0或消球差聚焦相位分布。当初始相位分布设为0时，输入面与输出面之间无内部焦点；当初始相位分布设为消球差聚焦相位分布时，输入面与输出面之间有内部焦点。
根据本发明实施例，在执行操作S2之前还包括操作S1′，操作S1′既可位于操作S1与操作S2之间，也可位于操作S1之前。
在操作S1′中，根据高斯光到达全介质超透镜的输入面上的束腰直径和全介质超透镜中超表面结构2的直径，基于能量守恒定律计算目标平顶光电场强度振幅分布。
目标平顶光电场强度振幅分布与目标平顶光的形状有关，对于同一高斯光，不同形状的目标平顶光的电场强度振幅分布也不同。本实施例中，以高斯光波长λ＝10.6μm、束腰直径2ω0＝3.5mm、工作距离z0＝40mm，目标平顶光的形状分别为圆形、正方形、长方形和线形为例说明其电场强度振幅分布。
对于圆形目标平顶光而言，利用能量守恒定律可以得到全介质超透镜输出面上的目标平顶光电场强度振幅分布A2(x2，y2)为：
Figure BDA0002916457270000081
其中，D为圆形目标平顶光的直径，r0为全介质超透镜半径。当r0＞1.6ω0时，可通过全介质超透镜的高斯光超过99％，因此，本实施例中例如选取r0＝3.2mm。
对于正方形目标平顶光而言，利用能量守恒定律可以得到全介质超透镜输出面上的目标平顶光电场强度振幅分布A2(x2，y2)为：
Figure BDA0002916457270000082
此时，D为正方形的边长，例如为2mm。
对于长方形目标平顶光而言，利用能量守恒定律可以得到全介质超透镜输出面上的目标平顶光电场强度振幅分布A2(x2，y2)为：
Figure BDA0002916457270000083
其中，Dx和Dy分别为长方形的长和宽，Dx例如为2mm，Dy例如为0.6mm。
对于线形目标平顶光而言，利用能量守恒定律可以得到全介质超透镜输出面上的目标平顶光电场强度振幅分布A2(x2，y2)为：
Figure BDA0002916457270000084
此时，Dx为线形目标平顶光的长度。
操作S2，计算高斯光经全介质超透镜传输整形后输出面的第一电场强度分布。
本实施例中，高斯光在全介质超透镜的输入面上产生的电场强度分布为第一输入面电场强度分布E11(x1，y1)：
Figure BDA0002916457270000091
其中，A1(x1，y1)为高斯光的电场强度振幅分布；
Figure BDA0002916457270000092
为超透镜的相位分布，
Figure BDA0002916457270000093
的初始值为操作S1中的初始相位分布，后续迭代计算中为全介质超透镜更新后的相位分布；
Figure BDA0002916457270000094
为高斯光到达全介质超透镜前表面的相位常数，
输入面电场强度与输出面电场强度之间的变换满足菲涅尔-基尔霍夫衍射公式。第一电场强度分布基于全介质超透镜输入面的第一输入面电场强度分布变换得到，其表达式为：
Figure BDA0002916457270000095
Figure BDA0002916457270000096
Figure BDA0002916457270000097
Figure BDA0002916457270000098
其中，E21(x2，y2)为第一电场强度分布，G(x1，y1，x2，y2)为自由空间光由(x1，y1)到(x2，y2)的脉冲响应函数，i为虚数单位，(x1，y1)为全介质超透镜输入面上的点，(x2，y2)为全介质超透镜输出面上的点，λ为高斯光的波长，l为(x2，y2)与(x1，y1)之间的长度，k为高斯光的波数，k＝2π/λ，θn，l为(x2，y2)与输入面中心的连线和光轴z轴的夹角。
操作S3，若第一电场强度分布的振幅分布满足预期目标，执行S5；否则，基于目标平顶光电场强度振幅分布和第一电场强度分布的相位分布构建输出面的第二电场强度分布，计算第二电场强度分布对应的第二输入面电场强度分布。
第一电场强度分布可以表示为E21(x2，y2)：
Figure BDA0002916457270000101
其中，|E21(x2，y2)|为第一电场强度分布的振幅分布。当|E21(x2，y2)|满足预期目标时，此时超透镜的相位分布
Figure BDA0002916457270000102
即为最终优化得到的相位分布，执行操作S5。当|E21(x2，y2)|不满足预期目标时，此时
Figure BDA0002916457270000103
还不满足要求，需要对其进行优化。预期目标例如为|E21(x2，y2)|与目标平顶光电场强度振幅分布的振幅分布相同或差值极小。
具体地，基于目标平顶光电场强度振幅分布A2(x2，y2)和第一电场强度分布的相位分布
Figure BDA0002916457270000108
构建输出面的第二电场强度分布E22(x2，y2)：
Figure BDA0002916457270000104
输入面电场强度与输出面电场强度之间的变换满足菲涅尔-基尔霍夫衍射公式。基于第二电场强度分布E22(x2，y2)变换得到全介质超透镜输入面的第二输入面电场强度分布E12(x1，y1)：
Figure BDA0002916457270000105
Figure BDA0002916457270000106
Figure BDA0002916457270000107
其中，G(x2，y2，x1，y1)为自由空间光由(x2，y2)到(x1，y1)的脉冲响应函数，G*(x2，y2，x1，y1)为G(x2，y2，x1，y1)的复数共轭，θn′，l为(x1，y1)与输出面中心的连线和光轴z轴的夹角。
操作S4，将全介质超透镜的相位分布更新为第二输入面电场强度分布的相位分布，并重复执行S2-S4，直至S2中得到的第一电场强度分布的振幅分布满足预期目标。
全介质超透镜输入面的第二输入面电场强度分布E12(x1，y1)可以表示为：
Figure BDA0002916457270000111
其中，|E12(x1，y1)|为第二输入面电场强度分布的振幅分布，
Figure BDA0002916457270000112
为第二输入面电场强度分布的相位分布。
进一步地，将全介质超透镜的相位分布
Figure BDA0002916457270000113
更新为
Figure BDA0002916457270000114
并再次返回到操作S2，计算高斯光经过相位分布为
Figure BDA0002916457270000115
的全介质超透镜后输出面的第一电场强度分布，以再次执行上述操作S2-操作S4，直至最后一次迭代操作S2时得到的第一电场强度分布的振幅分布|E21(x2，y2)|满足预期目标，此时全介质超透镜的相位分布即为最终优化后的相位分布，然后转至操作S5。
操作S5，根据更新后全介质超透镜的相位分布设计全介质超透镜中多个超表面柱状结构单元的尺寸及排列方式。
根据本发明实施例，操作S5包括子操作S51-子操作S53。
在子操作S51中，对更新后全介质超透镜的相位分布进行内部插值，使得插值后相位分布的离散点与超表面柱状结构单元一一对应。
全介质超透镜的相位分布优化过程中，全介质超透镜被分为N×N个采样点，采样间距Δ＝(2*r0)/(N-1)，采样间距通常满足Δ≤λz0/4r0，以实现良好的波面变换效果，迭代完成后得到优化后的相位分布矩阵。
受仿真速度的限制，仿真时采样点数少于全介质超透镜中超表面柱状结构单元的数量，因此需要对优化后的相位分布矩阵进行内部插值，增大矩阵尺寸，使得矩阵的每一个单元对应全介质超透镜的超表面柱状结构单元。
对于圆形目标平顶光而言，插值后得到的二维相位分布图如图6A所示，模拟得到的整形后圆形平顶光的二维归一化光强分布如图6B所示，取图6B中的x轴，得到一维归一化光强分布如图6C所示。
对于正方形目标平顶光而言，插值后得到的二维相位分布图如图8A所示，模拟得到的整形后正方形平顶光的二维归一化光强分布如图8B所示。
对于长方形目标平顶光而言，插值后得到的二维相位分布图如图9A所示，模拟得到的整形后长方形平顶光的二维归一化光强分布如图9B所示。
对于线形目标平顶光而言，对全介质超透镜的x方向上的相位分布进行优化得到一维平顶化相位分布
Figure BDA0002916457270000121
然后将其与y方向上的聚焦化相位设计进行叠加，最终优化得到的相位分布
Figure BDA0002916457270000122
为：
Figure BDA0002916457270000123
插值后得到的二维相位分布图如图10A所示，模拟得到的整形后线形平顶光的二维归一化光强分布如图10B所示。本实施例中，目标平顶光光强分布与目标平顶光电场强度振幅分布的平方成正比。
在子操作S52中，仿真获取全介质超透镜中超表面柱状结构单元尺寸与相位之间的对应关系。
利用矢量电磁场数值仿真方法优化超表面柱状结构单元的直径、高度、阵列周期等参数，并得到其直径与相位之间的关系。
在子操作S53中，根据插值后相位分布查询对应关系，以得到多个超表面柱状结构单元的尺寸及排列方式。
以圆形目标平顶光为例，优化得到的超表面柱状结构单元在不同直径下得到的相位和透过率如图7所示。由此，最终优化得到的超表面柱状结构单元的高度例如为8μm，周期性微纳结构单元的周期例如为3.2μm。
操作S6，根据设计得到的尺寸和排列方式制备全介质超透镜。
具体地，例如利用光刻和刻蚀工艺制备得到具有超表面柱状结构单元阵列的全介质超透镜，该全介质超透镜能够在输出面上得到圆形平顶光、椭圆形平顶光、长方形平顶光、正方形平顶光、线形平顶光或三角形平顶光，可以在激光焊接、激光钻孔、激光烧灼、激光医疗、激光显示等多种领域得到应用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜，其特征在于，包括介质衬底层(1)和超表面结构(2)；
所述超表面结构(2)位于所述介质衬底层(1)一侧的表面上，包括多个超表面柱状结构单元，所述多个超表面柱状结构单元按照四方晶格周期阵列的方式排列，各所述超表面柱状结构单元的高度相同。
2.如权利要求1所述的将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜，其特征在于，各所述超表面柱状结构单元的半径和高度均为亚波长量级。
3.如权利要求1或2所述的将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜，其特征在于，所述介质衬底层(1)的材料为砷化镓、硒化锌或二氧化硅，所述超表面柱状结构单元的材料为砷化镓、锗或硅。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的将高斯光整形成平顶光的全介质超透镜的制备方法，其特征在于，包括：
S1，设置全介质超透镜的初始相位分布；
S2，计算高斯光经所述全介质超透镜传输整形后输出面的第一电场强度分布；
S3，若所述第一电场强度分布的振幅分布满足预期目标，执行S5；否则，基于目标平顶光电场强度振幅分布和所述第一电场强度分布的相位分布构建输出面的第二电场强度分布，计算所述第二电场强度分布对应的第二输入面电场强度分布；
S4，将所述全介质超透镜的相位分布更新为所述第二输入面电场强度分布的相位分布，并重复执行所述S2-S4，直至所述S2中得到的第一电场强度分布的振幅分布满足所述预期目标；
S5，根据更新后所述全介质超透镜的相位分布设计所述全介质超透镜中多个超表面柱状结构单元的尺寸及排列方式；
S6，根据设计得到的尺寸和排列方式制备所述全介质超透镜。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一电场强度分布为：
Figure FDA0002916457260000021
Figure FDA0002916457260000022
Figure FDA0002916457260000023
Figure FDA0002916457260000024
其中，E21(x2，y2)为所述第一电场强度分布，G(x1，y1，x2，y2)为自由空间光由(x1，y1)到(x2，y2)的脉冲响应函数，E11(x1，y1)为所述高斯光在所述全介质超透镜输入面上产生的第一输入面电场强度分布，A1(x1，y1)为所述高斯光的电场强度振幅分布，
Figure FDA0002916457260000027
为所述全介质超透镜的相位分布，
Figure FDA0002916457260000028
为所述高斯光到达全介质超透镜前表面的相位常数，i为虚数单位，(x1，y1)为所述全介质超透镜输入面上的点，(x2，y2)为所述全介质超透镜输出面上的点，λ为所述高斯光的波长，l为(x2，y2)与(x1，y1)之间的长度，k为所述高斯光的波数，θn，l为(x2，y2)与输入面中心的连线和光轴z轴的夹角，ω0为所述高斯光的束腰半径，A1为所述高斯光中心的最大电场强度振幅。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二电场强度分布和第二输入面电场强度分布为：
Figure FDA0002916457260000025
Figure FDA0002916457260000026
其中，E22(x2，y2)为所述第二电场强度分布，E12(x1，y1)为所述第二输入面电场强度分布，A2(x2，y2)为所述目标平顶光电场强度振幅分布，
Figure FDA0002916457260000029
为所述第一电场强度分布的相位分布，G*(x2，y2，x1，y1)为自由空间光由(x2，y2)到(x1，y1)的脉冲响应函数的复数共轭。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S2之前还包括：根据所述高斯光到达所述全介质超透镜的输入面上的束腰直径和所述全介质超透镜中超表面结构(2)的直径，基于能量守恒定律计算所述目标平顶光电场强度振幅分布。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，目标平顶光的形状为圆形、椭圆形、长方形、正方形、线形或三角形。
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S5包括：
对更新后所述全介质超透镜的相位分布进行内部插值，使得插值后相位分布的离散点与所述超表面柱状结构单元一一对应；
仿真获取所述全介质超透镜中超表面柱状结构单元尺寸与相位之间的对应关系；
根据插值后相位分布查询所述对应关系，以得到所述多个超表面柱状结构单元的尺寸及排列方式。
10.如权利要求4-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述初始相位分布为0或消球差聚焦相位分布。
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