Broadband Wide Field-of-View Metalens by the Virtual-Diffraction-Aperture Method

宽带 光学 衍射 光圈(计算机存储器) 数值孔径 编码孔径 合成孔径雷达 视野 宽带 物理 计算机科学 波长 计算机视觉 声学 探测器
作者
Jiaran Qi,Yuzhong Wang,Cheng Pang,Hongjun Chu,Yayun Cheng
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:9 (11): 3668-3678 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.2c01171
摘要

Implementing a metalens with a wide field-of-view (FOV) is crucial for compact and practical imaging devices. To this end, a virtual-diffraction-aperture (VDA)-based synthesis method in combination with a numerical diffraction-field analyzer, dipole-based model expansion, is proposed to efficiently and effectively extend the FOV of a given metalens. By introducing a virtual diffraction aperture (VDA), the method transforms the complicated optimization regarding complex amplitude distribution on the metalens, to a rather straightforward one regarding the aperture contour. Moreover, as an optimization method, the VDA provides extra degrees of freedom to modulate not only spatial resolution but also the focusing efficiency (FE) crucial to another key property of an imaging system, that is, temperature sensitivity. To demonstrate this method, a proof-of-concept single wide FOV metalens prototype with a numerical aperture of 0.81 for passive millimeter wave imaging is synthesized and fabricated. It generates the expected wideband tight focusing beams over an angular FOV of at least 90° for a frequency range from 33 to 37 GHz while maintaining almost identical FE. The proposed VDA method may contribute to the evolution of the imaging equipment toward ultra-compact, large FOV, approaching a diffraction-limited resolution to meet diverse application demands.

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