CN114637120A - 一种多功能超表面分束器 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种多功能超表面分束器，包括至少两个超透镜阵列；其中，至少两个超透镜阵列中的任一超透镜阵列包括至少一个超透镜单元，至少两个超透镜阵列包括超透镜单元集；超透镜单元集中包括至少两个不同光处理功能的超透镜单元，超透镜单元集中的各个超透镜单元的组合关系满足实现预设功能的第一预设条件，预设功能是指多功能超表面分束器对光的处理功能；至少两个超透镜阵列的组合关系满足实现预设功能的第二预设条件。本申请中超透镜单元的材质环境适应能力强，能够应用于各种极端环境，比如高温或者低温场景。超透镜单元多样化的功能和位置关系可实现多功能集成，包括分束、光束偏转、滤波、偏振转换等。
Description
技术领域
本申请实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种多功能超表面分束器。
背景技术
光束分束器是最基本的光学元件之一，它的作用是把单束入射光分成多束。传统分束片通常只能把光分成两束，无法实现较多的分束。现在应用比较广泛的光束分束器是衍射光学元件(Diffractive Optical Elements)，DOE分束器，它分出的光束可以达到几百上万束，还能够实现输出光束的一维排布、二维排布以及光斑阵列，此外，还可以根据输出光束的数量、输出光束间的夹角和输出光束的排布等的需求，进行定制化设计。
但是现有的光束分束器通常采用塑胶材料制作而成，使得分束器的温度稳定性较差，从而在一些温度较高的场景中无法应用，且每种分束器只能实现一种模式的分束功能，适用性较差。
发明内容
本申请实施例提供了一种多功能超表面分束器，能够实现光束分束器的多功能集成。
第一方面，本申请实施例提供了一种多功能超表面分束器，包括至少两个超透镜阵列，其中，
所述至少两个超透镜阵列中的任一超透镜阵列包括至少一个超透镜单元，所述至少两个超透镜阵列包括超透镜单元集；
所述超透镜单元集中包括至少两个不同光处理功能的超透镜单元，所述超透镜单元集中的各个超透镜单元的组合关系满足实现预设功能的第一预设条件，所述预设功能是指所述多功能超表面分束器对光的处理功能；
所述至少两个超透镜阵列的组合关系满足实现所述预设功能的第二预设条件。
在一种可选的设计中，所述超透镜单元集中的各个超透镜单元的组合关系满足实现预设功能的第一预设条件，包括：
所述超透镜单元集中的各个超透镜单元满足第一组合关系，所述第一组合关系用于使分束光实现以下功能的至少一种：汇聚、发散、准直、偏振转换、滤波、光束偏转和光强变化。
在一种可选的设计中，所述至少两个超透镜阵列的组合关系满足实现所述预设功能的第二预设条件，包括：
当任一超透镜阵列中的全部超透镜单元接收入射光的端面位于同一平面时：
所述至少两个超透镜阵列的接收入射光的端面相互间隔且平行设置；或者，
所述至少两个超透镜阵列的接收入射光的端面中，相邻两个端面的夹角为预设角度。
在一种可选的设计中，通过调节所述至少两个超透镜阵列的超透镜单元之间的距离以及任一超透镜单元的大小、焦距和纳米结构，调节分束光的直径和偏转角度。
在一种可选的设计中，所述多功能超表面分束器还包括：透镜，其中，
所述透镜设置在点光源和所述至少两个超透镜阵列中接收所述点光源入射光的超透镜阵列之间，用于把点光源的入射光扩束成大光束。
在一种可选的设计中，所述多功能超表面分束器还包括：基板，其中，
所述基板用于透射或者反射从所述至少两个超透镜阵列中出射的多束光。
在一种可选的设计中，所述超透镜单元集中包括至少两个不同光处理功能的超透镜单元，包括：
所述至少两个超透镜单元对光的以下至少一个处理参数不同：处理参数包括光束直径、光束形状、光的波长、偏转角度、传输效率和焦距。
在一种可选的设计中，所述超透镜单元集中各个超透镜单元的表面包括多个纳米结构，所述多个纳米结构对光的处理功能不同。
在一种可选的设计中，所述多个纳米结构对光的处理功能包括：改变相位、色差、偏振、振幅和频率。
本申请公开了一种多功能超表面分束器，包括至少两个超透镜阵列，其中，所述至少两个超透镜阵列中的任一超透镜阵列包括至少一个超透镜单元，所述至少两个超透镜阵列包括超透镜单元集；所述超透镜单元集中包括至少两个不同光处理功能的超透镜单元，所述超透镜单元集中的各个超透镜单元的组合关系满足实现预设功能的第一预设条件，所述预设功能是指所述多功能超表面分束器对光的处理功能；所述至少两个超透镜阵列的组合关系满足实现所述预设功能的第二预设条件。本申请中超透镜单元的材质环境适应能力强，使得本申请的多功能超表面分束器可以应用于各种极端环境，比如高温或者低温场景。此外，不同光处理功能的超透镜单元以及多个超透镜单元按照预设功能的不同组合，使得本申请的多功能超表面分束器能够实现多功能集成，对光的处理功能包括但不限于分束、汇聚、发散、准直、偏振、滤波、偏转和强度衰减。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种多功能超表面分束器侧视图；
图2为本申请实施例提供的第二种多功能超表面分束器侧视图。
图1中的标号指示的部件为：101点光源，102透镜，103第一超透镜阵列，104第二超透镜阵列，105超透镜单元。
图2中的标号指示的部件为：201第三超透镜阵列，202第四超透镜阵列，203基板。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例的技术方案进行描述。
本申请以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，尽管在以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述某一类对象，但所述对象不应限于这些术语。这些术语仅用来将该类对象的具体对象进行区分。例如，以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述预设条件，但预设条件不应限于这些术语。这些术语仅用来将不同的预设条件进行区分。以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述的其他类对象同理，此处不再赘述。
本申请实施例提供了一种多功能超表面分束器，该多功能超表面分束器可以在一些极端环境中应用，并且能够实现多功能集成。
以下通过几种实施方式介绍本申请实施例涉及的一种多功能超表面分束器。
如图1所示，图1示意了一种多功能超表面分束器100，包括至少两个超透镜阵列，其中，
所述至少两个超透镜阵列中的任一超透镜阵列包括至少一个超透镜单元，所述至少两个超透镜阵列包括超透镜单元集；
所述超透镜单元集中包括至少两个不同光处理功能的超透镜单元，所述超透镜单元集中的各个超透镜单元的组合关系满足实现预设功能的第一预设条件，所述预设功能是指所述多功能超表面分束器对光的处理功能；
所述至少两个超透镜阵列的组合关系满足实现所述预设功能的第二预设条件。
如图1所示，图1为一种多功能超表面分束器的侧视图，图1示意的多功能超表面分束器100包括：透镜102，第一超透镜阵列103、第二超透镜阵列104和超透镜单元105，其中，点光源101用于发射点光源入射到分束器中，第一超透镜阵列103和第二超透镜阵列104中均包括多个超透镜单元105，第一超透镜阵列103和第二超透镜阵列104平行设置，且在入射光的方向看完全重叠，第一超透镜阵列103和第二超透镜阵列104中的超透镜单元分别紧密连接，以形成第一超透镜阵列103和第二超透镜阵列104，需要知道的是，多功能超表面分束器100仅是示意性描述，不构成对本申请实施例多功能超表面分束器的限制。
一些可选的实施方式中，所述超透镜单元集中的各个超透镜单元的组合关系满足实现预设功能的第一预设条件，包括：
所述超透镜单元集中的各个超透镜单元满足第一组合关系，所述第一组合关系用于使分束光实现以下功能的至少一种：汇聚、发散、准直、偏振转换、滤波、光束偏转和光强变化等等。
该实施例中，通过超透镜单元集中多个超透镜单元不同的排列组合，以使多功能超表面分束器实现多种不同的光学功能，但多功能超表面分束器能够实现的光学功能包括但不限于如上所述，还可以实现其他功能。超透镜单元集的排列组合方式根据多功能超表面分束器多需要的功能决定，以使多功能超表面分束器能够实现对光分束的同时，还能够实现其他功能。
一些可选的实施方式中，所述至少两个超透镜阵列的组合关系满足实现所述预设功能的第二预设条件，包括：
当任一超透镜阵列中的全部超透镜单元接收入射光的端面位于同一平面时：
所述至少两个超透镜阵列的接收入射光的端面相互间隔且平行设置；或者，
所述至少两个超透镜阵列的接收入射光的端面中，相邻两个端面的夹角为预设角度。
该实施例中，如图1所示，第一超透镜阵列103和第二超透镜阵列104相互平行设置，并且两个阵列中包括的超透镜单元的数量一致。当然多个超透镜阵列的位置关系包括但不限于如图所述，也可以是按照预设夹角设置，通过改变两个超透镜阵列的位置关系，可以实现对光的不同处理。多功能超表面分束器100仅是示意性描述，不构成对本申请实施例多功能超表面分束器的限制。
一些可选的实施方式中，通过调节所述至少两个超透镜阵列的超透镜单元之间的距离以及任一超透镜单元的大小、焦距和纳米结构，调节分束光的直径和偏转角度。
该实施例中，根据多个超透镜单元105的焦距，调节第一超透镜阵列103和第二超透镜阵列104之间的距离以及任一超透镜单元的大小、焦距和纳米结构，可以调整分束光的直径和偏转角度，因此，根据需求的分束光的直径和偏转角度可以得到两个超透镜阵列的相对位置关系以及超透镜单元的大小和焦距。
一些可选的实施方式中，所述多功能超表面分束器还包括：透镜102，其中，
所述透镜102设置在点光源101和所述至少两个超透镜阵列中接收所述点光源入射光的超透镜阵列之间，用于把点光源101的入射光扩束成大光束。
该实施例中，如图1所示，点光源101与第一超透镜阵列103之间还包括一个透镜102，透镜102用于将点光源101的入射光扩束成大光束，使得扩束之后的大光束能够覆盖到第一超透镜阵列103中的全部超透镜单元，透镜102包括但不限于传统透镜、衍射器件或者超透镜，只要是能够起到透镜作用的光学器件均可以。
一些可选的实施方式中，所述多功能超表面分束器还包括：基板，其中，
所述基板用于透射或者反射从所述至少两个超透镜阵列中出射的多束光。
图2示出了第二种多功能超表面分束器侧视图，该实施例中，如图2所示，入射光为平行光入射，第三超透镜阵列201包括一个超透镜单元，第四超透镜阵列202中包括两个超透镜单元，且两个超透镜单元分隔设置，在第四超透镜阵列202之后有一基板203，基板203能够完全接收从第四超透镜阵列202中出射的分束光，需要知道的是，多功能超表面分束器200仅是示意性描述，不构成对本申请实施例多功能超表面分束器的限制。
该实施例中，如图2所示，本申请实施例提供了一种多功能超表面分束器200的侧视图，在第四超透镜阵列202之后设置有基板203，基板203可以根据需求的不同，采用不同的材质，进行透射或者反射从第四超透镜阵列202中出射的分束光。
一些可选的实施方式中，所述超透镜单元集中包括至少两个不同光处理功能的超透镜单元，包括：
所述至少两个超透镜单元对光的以下至少一个处理参数不同：处理参数包括光束直径、光束形状、光的波长、偏转角度、传输效率和焦距。
该实施例中，超透镜单元集中的全部超透镜单元含有至少两种处理参数的超透镜单元，处理参数包括但不限于光束直径、光束形状、光的波长、偏转角度、传输效率和焦距，也可以是对应其他功能的超透镜单元。通过多个超透镜单元对光的不同处理，可以达到不同的效果，结合预设的多个超透镜单元之间的位置关系，实现多功能超表面分束器处理对光进行分束以外的其他功能，例如汇聚、发散、准直、偏振转换、光束偏转、滤波和光强变化等等。
一些可选的实施方式中，所述超透镜单元集中各个超透镜单元的表面包括多个纳米结构，所述多个纳米结构对光的处理功能不同。纳米结构包括纳米柱和/或纳米孔。
一些可选的实施方式中，所述多个纳米结构对光的处理功能包括：改变相位、色差、偏振、振幅和频率。
该实施例中，每个超透镜单元均为超表面器件，在每个超透镜单元的表面包括多个纳米柱，通过多个纳米柱不同的材料、结构、位置、形状、周期、排列、高度等，对入射光的波前进行调制，包括并不限于减小或增大色差、调制偏振、振幅、频率等，使得经过每个超透镜单元的光束进行相应的处理，实现不同的预设功能。
该实施例中，透镜102、基板203和纳米结构等器件的材料都是无机材料，包括但不限于硅、氧化硅、氮化硅、氧化钛、氮化镓等材料。
综上，本申请中超透镜单元的材质环境适应能力强，使得本申请的多功能超表面分束器可以应用于各种极端环境，例如高温或者低温场景。此外，不同光处理功能的超透镜单元以及多个超透镜单元按照预设功能的不同组合，使得本申请的多功能超表面分束器能够实现多功能集成，对光的处理功能包括但不限于分束、汇聚、发散、准直、偏振转换、滤波、光束偏转和光强变化。
尽管已描述了本申请的可选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多功能超表面分束器，其特征在于，包括至少两个超透镜阵列，其中，
所述至少两个超透镜阵列中的任一超透镜阵列包括至少一个超透镜单元，所述至少两个超透镜阵列包括超透镜单元集；
所述超透镜单元集中包括至少两个不同光处理功能的超透镜单元，所述超透镜单元集中的各个超透镜单元的组合关系满足实现预设功能的第一预设条件，所述预设功能是指所述多功能超表面分束器对光的处理功能；
所述至少两个超透镜阵列的组合关系满足实现所述预设功能的第二预设条件。
2.如权利要求1所述的多功能超表面分束器，其特征在于，所述超透镜单元集中的各个超透镜单元的组合关系满足实现预设功能的第一预设条件，包括：
所述超透镜单元集中的各个超透镜单元满足第一组合关系，所述第一组合关系用于使分束光实现以下功能的至少一种：汇聚、发散、准直、偏振转换、滤波、光束偏转和光强变化。
3.如权利要求1所述的多功能超表面分束器，其特征在于，所述至少两个超透镜阵列的组合关系满足实现所述预设功能的第二预设条件，包括：
当任一超透镜阵列中的全部超透镜单元接收入射光的端面位于同一平面时：
所述至少两个超透镜阵列的接收入射光的端面相互间隔且平行设置；或者，
所述至少两个超透镜阵列的接收入射光的端面中，相邻两个端面的夹角为预设角度。
4.如权利要求1所述的多功能超表面分束器，其特征在于，通过调节所述至少两个超透镜阵列的超透镜单元之间的距离以及任一超透镜单元的大小、焦距和纳米结构，调节分束光的直径和偏转角度。
5.如权利要求1所述的多功能超表面分束器，其特征在于，所述多功能超表面分束器还包括：透镜，其中，
所述透镜设置在点光源和所述至少两个超透镜阵列中接收所述点光源入射光的超透镜阵列之间，用于把所述点光源的入射光扩束成大光束。
6.如权利要求1所述的多功能超表面分束器，其特征在于，所述多功能超表面分束器还包括：基板，其中，
所述基板用于透射或者反射从所述至少两个超透镜阵列中出射的多束光。
7.如权利要求1所述的多功能超表面分束器，其特征在于，所述超透镜单元集中包括至少两个不同光处理功能的超透镜单元，包括：
所述至少两个超透镜单元对光的以下至少一个处理参数不同：处理参数包括光束直径、光束形状、光的波长、偏转角度、传输效率和焦距。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的多功能超表面分束器，其特征在于，所述超透镜单元集中各个超透镜单元的表面包括多个纳米结构，所述多个纳米结构对光的处理功能不同。
9.如权利要求8所述的多功能超表面分束器，其特征在于，所述多个纳米结构对光的处理功能包括：改变相位、色差、偏振、振幅和频率。
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