本公开涉及微纳光学，尤其涉及一种动态单波长多焦点超透镜结构及其制备方法和应用。
背景技术：
1、自进入21世纪以来，微米纳米光子学技术飞速发展，光学系统的集成化、小型化、轻量化成为了当前最迫切的需求，光学设计技术和微纳加工技术的发展水平，已经能够使这一需求变为现实。
2、超表面是一种由亚波长单元构成的二维平面结构，电磁波与超表面上的亚波长单元相互作用，从而产生对振幅、相位、偏振以及波长的调控，在光波控制方面具有前所未有的优势，能够满足光学系统的集成化、小型化、轻量化。
3、虽然超透镜已经可以实现很高的聚焦效率，并能够进行粒子捕获、细胞操控等应用，但是在实际应用过程中，一次只能进行单个粒子捕获或单个细胞操作，其每次能操作的数目太少，效率太低。
4、因此，研究单波长多焦点的超透镜对业界具有非凡吸引力，从而实现动态可调高效率的多粒子捕获或多细胞操作。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、为解决现有技术中存在的光学动态调控所存在的技术问题至少之一，本公开提供了一种动态单波长多焦点超透镜结构及其制备方法和应用。
3、(二)技术方案
4、根据本公开的一个方面，提供了一种动态单波长多焦点超透镜结构，包括：支撑基底；以及形成于该支撑基底上具有多个纳米结构单元的超表面结构单元阵列；其中，该超表面结构单元阵列采用不同尺寸单元结构的传输超表面和不同单元结构不同方向的几何超表面，实现基于传输相位原理的超透镜结构和基于几何相位原理的超透镜结构中的至少一种，进而实现单独超透镜的动态和多焦点聚焦。
5、上述方案中，在该基于传输相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元采用的微纳结构排布方式满足传输相位原理聚焦，通过改变线偏振入射光的偏振方向在基于传输相位原理的超透镜结构中形成动态和多焦点聚焦。
6、上述方案中，在该基于传输相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元的相位分布满足以下条件：
7、
8、其中，是当x方向的线偏振入射时，多焦点超透镜结构能够在空间坐标(xi,yi,f)处产生焦点所需的相位；
9、是当y方向的线偏振入射时，多焦点超透镜结构能够在空间坐标(xj,yj,f)处产生焦点所需的相位。
10、上述方案中，对于x方向和y方向的线偏振入射的偏振光，通过改变超原子x方向的长度和y方向的长度来独立调控这两个垂直方向的传输相位和对于非x方向和y方向的线偏振入射的偏振光，超透镜产生的相位变化则是和的叠加；a1和b1是相关系数。
11、上述方案中，在该基于几何相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元采用的微纳结构排布方式满足几何相位原理聚焦，通过改变椭圆偏振入射光的取向角和椭圆度在基于几何相位原理的超透镜结构中形成动态和多焦点聚焦。
12、上述方案中，在该基于几何相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元的相位分布满足以下条件：
13、
14、其中，是当右旋圆偏振光即rcp圆偏振光入射时，多焦点超透镜结构在空间坐标(xi,yi,f)处产生焦点所需的相位；
15、是当左旋圆偏振光即lcp圆偏振入射时，多焦点超透镜在空间坐标(xj,yj,f)处产生焦点所需的相位。
16、上述方案中，对于右旋圆偏振光和左旋圆偏振光入射的偏振光，通过改变超原子的转角和长宽来独立调控出射偏振转换态的相位改变，即和对于非右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的椭圆偏振光入射，超透镜产生的相位变化则是和的叠加；a2和b2是相关系数。
17、上述方案中，在该基于传输相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元采用长方形纳米柱、椭圆形纳米柱、长方形纳米孔或椭圆形纳米孔中的至少一种；在该基于几何相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元采用具有转角的长方形纳米柱、具有转角的椭圆形纳米柱、具有转角的长方形纳米孔或具有转角的椭圆形纳米孔中的至少一种；在该基于传输相位原理和几何相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元采用非对称纳米结构，至少包括长方形纳米柱、椭圆形纳米柱、长方形纳米孔、椭圆形纳米孔、具有转角的长方形纳米柱、具有转角的椭圆形纳米柱、具有转角的长方形纳米孔或具有转角的椭圆形纳米孔中的至少一种。
18、上述方案中，所述支撑基底是采用介质材料制成，至少包括si、gaas、透明玻璃、石英玻璃、bf33玻璃或蓝宝石。
19、上述方案中，所述多个纳米结构单元是采用支撑衬底的一部分、高折射率介质材料、高介电常数的介质材料或半导体材料制成，至少包括硅、非晶硅、多晶硅、氮化镓、二氧化铪、二氧化钛或氮化硅。
20、根据本公开的另一个方面，提供了一种动态单波长多焦点超透镜结构的制备方法，包括：选择支撑基底；在支撑基底正面旋涂电子束光刻胶，采用电子束曝光形成纳米结构阵列的光刻胶图案；以光刻胶图案为掩模材料，采用刻蚀方法刻出深宽比大于2:1的高深宽比纳米结构阵列；去除掩模材料，得到深宽比大于2:1的高深宽比动态单波长多焦点超透镜结构。
21、根据本公开的再一个方面，提供了一种电子设备，包括所述的动态单波长多焦点超透镜结构。
22、根据本公开的又一个方面，提供了一种所述的动态单波长多焦点超透镜结构在数字成像系统、虚拟现实显示、高分辨率显微镜、粒子捕获、细胞操控中的应用。
23、(三)有益效果
24、从上述技术方案可以看出，本公开提供的动态单波长多焦点超透镜结构及其制备方法和应用，至少具有以下有益效果：
25、1、本公开提供的动态单波长多焦点超透镜结构及其制备方法和应用，该动态单波长多焦点超透镜结构包括的具有多个纳米结构单元的超表面结构单元阵列，采用不同尺寸单元结构的传输超表面和不同单元结构不同方向的几何超表面，能够实现基于传输相位原理的超透镜结构和基于几何相位原理的超透镜结构中的至少一种，进而能够实现单独超透镜的动态和多焦点聚焦，既能为各种显微镜和激光打孔等设备提高速度，又能为光镊更精准的操控细胞和量子点。
26、2、本公开提供的动态单波长多焦点超透镜结构及其制备方法和应用，由于采用不同尺寸单元结构的传输超表面和不同单元结构不同方向的几何超表面，能够实现基于传输相位原理的超透镜结构和基于几何相位原理的超透镜结构中的至少一种，进而能够实现单独超透镜的动态和多焦点聚焦，因此有利于器件与集成光学系统的结合，实现偏振无关和偏振相关器件。
27、3、本公开提供的动态单波长多焦点超透镜结构及其制备方法和应用，由于采用基于多焦点来设计和制备超透镜，因此在粒子捕获和细胞操作中具有较高的效率。
28、4、本公开提供的动态单波长多焦点超透镜结构及其制备方法和应用，由于采用动态可调的方式，在粒子捕获和细胞操作中可以按需要进行焦点数目的选择，因此在解决超透镜光学操控方面具有重要意义。
29、5、本公开提供的动态单波长多焦点超透镜结构及其制备方法和应用，可广泛应用于材料科学、彩色成像和纳米技术等技术领域，并在数字成像系统、虚拟现实显示、高分辨率显微镜、粒子捕获、细胞操控等领域中能够广泛应用。
1.一种动态单波长多焦点超透镜结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的动态单波长多焦点超透镜结构，其特征在于，在该基于传输相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元采用的微纳结构排布方式满足传输相位原理聚焦，通过改变线偏振入射光的偏振方向在基于传输相位原理的超透镜结构中形成动态和多焦点聚焦。
3.根据权利要求2所述的动态单波长多焦点超透镜结构，其特征在于，在该基于传输相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元的相位分布满足以下条件：
4.根据权利要求3所述的动态单波长多焦点超透镜结构，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的动态单波长多焦点超透镜结构，其特征在于，在该基于几何相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元采用的微纳结构排布方式满足几何相位原理聚焦，通过改变椭圆偏振入射光的取向角和椭圆度在基于几何相位原理的超透镜结构中形成动态和多焦点聚焦。
6.根据权利要求5所述的动态单波长多焦点超透镜结构，其特征在于，在该基于几何相位原理的超透镜结构中，各纳米结构单元的相位分布满足以下条件：
7.根据权利要求6所述的动态单波长多焦点超透镜结构，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的动态单波长多焦点超透镜结构，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的动态单波长多焦点超透镜结构，其特征在于，所述支撑基底是采用介质材料制成，至少包括si、gaas、透明玻璃、石英玻璃、bf33玻璃或蓝宝石。
10.根据权利要求1所述的动态单波长多焦点超透镜结构，其特征在于，所述多个纳米结构单元是采用支撑衬底的一部分、高折射率介质材料、高介电常数的介质材料或半导体材料制成，至少包括硅、非晶硅、多晶硅、氮化镓、二氧化铪、二氧化钛或氮化硅。
11.一种权利要求1至10中任一项所述的动态单波长多焦点超透镜结构的制备方法，其特征在于，包括：
12.一种电子设备，包括权利要求1-10中任一项所述的动态单波长多焦点超透镜结构。
13.一种权利要求1-10中任一项所述的动态单波长多焦点超透镜结构在数字成像系统、虚拟现实显示、高分辨率显微镜、粒子捕获、细胞操控中的应用。
