本公开涉及超表面和微光学的，更具体地，涉及一种基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法和超表面和相位光栅混合式光学元件。
背景技术：
1、透镜在光学成像系统中扮演着物象转换的作用。传统透镜依靠球面形状在不同微柱处的厚度延迟相位产生球面波前转换，从而实现聚焦及成像功能。然而这种球面透镜具有体积笨重、材料耗费多、加工工艺复杂、难以小型化与集成化等缺点。衍射透镜基于光刻工艺的离散化台阶模拟连续曲面，其衍射效率与台阶数量有关，为了实现较高的效率，需要多次套刻，增加了制造成本与复杂性。
2、目前，超表面特别是超透镜作为一种超薄的二元光学元件得到了广泛的研究。超透镜的相位调控单元是亚波长尺寸的微柱单元，其相位调控范围与微柱的直径与高度有关。因此，为了满足相位覆盖需求，微柱的尺寸往往要在亚波长采样间隔的限制下进一步变化。这使得微柱阵列中最细的柱子直径过小，较大的结构深宽比不仅带来了制造工艺的挑战，也使得结构脆弱易碎。与此同时，最粗的柱子的直径也比较接近空间采样周期，这些柱子之间的波导耦合效应会扰乱目标传输相位。此外，过小的特征尺寸使得大部分超透镜都必须依靠昂贵且低速的电子束光刻或离子束光刻等设备才能完成图案的加工，这极大地限制了超透镜在大口径光学系统及大规模微透镜阵列与光电探测器芯片的单片式集成等多方面的应用。
技术实现思路
1、为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提供一种基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法和一种超表面和相位光栅混合式光学元件，能够实现适当增加最小超表面亚波长单元的直径，而不会使最大超表面亚波长单元的直径过大，降低了超表面亚波长单元结构的深宽比，便于加工，结构稳固，使得一些波段的超表面亚波长单元可以避免对电子束曝光的依赖，利用激光直写设备或步进式光刻光刻机可以完成结构的图案化，提高了加工效率，便于大口径超透镜的制作以及微透镜阵列与集成电路的单片式集成。
2、本公开的实施例的提供了一种基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法包括：对光学元件的目标相位函数进行处理，得到等效目标相位分布函数；设定临界相位值，对上述等效目标相位分布函数进行二值化处理，得到台阶相位分布函数；对上述等效目标相位分布函数进行处理，得到精细化相位分布函数；根据上述台阶相位分布函数在基底上构建凸台；根据上述精细化相位分布函数在上述凸台上构建超表面亚波长单元。
3、根据本公开的一些实施例，上述对光学元件的目标相位函数进行处理，得到等效目标相位分布函数包括：将上述目标相位函数除以2π取余数，得到相位变化范围为[0，2π)的上述等效目标相位分布函数。
4、根据本公开的一些实施例，上述设定临界相位值，对上述等效目标相位分布函数进行二值化处理，得到台阶相位分布函数包括：根据上述临界相位值，将上述等效目标相位分布函数分为大于上述临界相位值和小于上述临界相位值的两个部分，将大于上述临界相位值的部分设置为上述临界相位值，小于上述临界相位值的部分设置为零，得到包含有零相位值和上述临界相位值的上述台阶相位分布函数。
5、根据本公开的一些实施例，上述对上述等效目标相位分布函数进行处理，得到精细化相位分布函数包括：将上述等效目标相位分布函数除以上述临界相位值取余数，得到相位变化范围为从0至上述临界相位值的上述精细化相位分布函数。
6、根据本公开的一些实施例，上述根据上述台阶相位分布函数在基底上构建凸台包括：在上述基底的上述临界相位值的区域构建上述凸台，上述凸台的高度与上述临界相位值和上述凸台使用材料的折射率有关。
7、根据本公开的一些实施例，上述根据上述精细化相位分布函数在上述凸台上构建超表面亚波长单元包括：在上述精细化相位分布函数确定相位值，在相位调控关系图上根据上述相位值确定上述超表面亚波长单元的半径的值，根据上述相位值和上述半径的值在上述凸台上构建超表面亚波长单元。
8、根据本公开的一些实施例，上述在相位调控关系图上根据上述相位值确定上述超表面亚波长单元的半径的值之前包括：根据参数扫描分析，在上述超表面亚波长单元的高度一定的情况下，调控上述超表面亚波长单元的半径使得上述超表面亚波长单元的相位调控覆盖从0至上述临界相位值的范围，得到上述超表面亚波长单元的上述相位调控关系图。
9、根据本公开的一些实施例，上述根据上述精细化相位分布函数在上述凸台上构建超表面亚波长单元还包括：选用预设的空间采样周期以使各个上述超表面亚波长单元独立进行相位局域化调控。
10、根据本公开的一些实施例，上述根据上述台阶相位分布函数在基底上构建凸台和上述根据上述精细化相位分布函数在上述凸台上构建超表面亚波长单元均采用与cmos工艺兼容的光刻和刻蚀工艺。
11、本公开的实施例的另一方面提供了一种超表面和相位光栅混合式光学元件，包括：基底；凸台，设置在上述基底的临界相位值区域；超表面亚波长单元，设置在上述凸台上。
12、根据本公开实施例的一种基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法和一种超表面和相位光栅混合式光学元件，通过采用超表面亚波长单元与凸台式相位光栅结合的方式，利用凸台的相位光栅产生初级相位分布，再利用超表面亚波长单元对相位进行精细化调控，能够实现适当增加最小超表面亚波长单元的直径，而不会使最大超表面亚波长单元的直径过大，降低了超表面亚波长单元结构的深宽比，便于加工，结构稳固，使得一些波段的超表面亚波长单元可以避免对电子束曝光的依赖，利用激光直写设备或步进式光刻光刻机可以完成结构的图案化，提高了加工效率，便于大口径超透镜的制作以及微透镜阵列与集成电路的单片式集成。
1.一种基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法，包括：
2.根据权利要求1所述的基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法，所述对光学元件的目标相位函数进行处理，得到等效目标相位分布函数包括：
3.根据权利要求1所述的基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法，所述设定临界相位值，对所述等效目标相位分布函数进行二值化处理，得到台阶相位分布函数包括：
4.根据权利要求1所述的基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法，所述对所述等效目标相位分布函数进行处理，得到精细化相位分布函数包括：
5.根据权利要求1所述的基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法，所述根据所述台阶相位分布函数在基底上构建凸台包括：
6.根据权利要求1所述的基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法，所述根据所述精细化相位分布函数在所述凸台上构建超表面亚波长单元包括：
7.根据权利要求6所述的基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法，所述在相位调控关系图上根据所述相位值确定所述超表面亚波长单元的半径的值之前包括：
8.根据权利要求6所述的基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法，所述根据所述精细化相位分布函数在所述凸台上构建超表面亚波长单元还包括：
9.根据权利要求1所述的基于超表面和相位光栅混合式光学元件的制备方法，所述根据所述台阶相位分布函数在基底上构建凸台和所述根据所述精细化相位分布函数在所述凸台上构建超表面亚波长单元均采用与cmos工艺兼容的光刻和刻蚀工艺。
10.一种超表面和相位光栅混合式光学元件，包括：
