技术摘要：
本发明公开了一种基于超构表面的大角度分光系统，包括依次放置的线偏振片、四分之一波片、大角度色散超构表面透射板、探测器，探测器中包括感光芯片。环境光线经过线偏振片、四分之一波片调节形成圆偏振光，大角度色散超构表面透射板对入射光线进行色散，同时调节光的  全部
背景技术：
当我们进行光谱学研究时，任何波长范围如果想得到单色光的话，都需要一个仪 器来实现分光。分光是将波长范围很宽的复合光分散开，形成许多波长范围狭小的“单色 光”的过程，将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器称为光谱仪，一般由棱镜或衍射光栅 等构成，按照输出谱线的种类，可分为单色仪和多色仪两种。光谱仪应用很广，在环境检测、 食品、成分检测、色度计量、及生物医学等领域都有很广的应用。传统光谱仪，往往具有许多 局限性，如分光角度小、反馈信息少、无法连续分光等问题。因此，近年来对于提高光谱仪分 光功能的需求，受到研究人员的极大重视。本发明采用相位拆分的思想，对超构表面进行特 殊设计，实现宽波段的超构表面连续分光设计。 超构表面是一种厚度小于波长的人工层状材料，可灵活调控光场相位、偏振及强 度等性质。通过超表面可实现负折射、汇聚成像、传播波向表面波转化等新颖的物理效应。 超表面丰富独特的物理特性及其对电磁波的灵活调控能力使其在隐身技术、天线技术、微 波和太赫兹器件、光电子器件等诸多领域具有重要的应用前景。本发明用到的介质硅结构， 色散能力强，分辨率更高，体积微小，能够很好的应用于分光光谱仪的设计中。
技术实现要素：
发明目的：本发明提供基于超构表面结构在中红外波段实现分光的新方法设计， 解决了传统的光栅无法实现的大角度分光问题，通过引入超构表面的相位拆分原理，在中 红外波段实现宽带连续大角度色散。利用紧凑的平面超构透射板，实现中红外波段大角度 分光的设计，为实现便携式、高分辨的分光光谱仪的设计提供了新方法。 技术方案： 一种基于超构表面的大角度分光系统，包括依次放置的线偏振片、四分之一波片、 大角度色散超构表面透射板、探测器；所述探测器中包括感光芯片，环境光线经过线偏振 片、四分之一波片调节形成圆偏振光，大角度色散超构表面透射板对入射光线进行色散，同 时调节光的传播方向，感光芯片接收分光后的光场信号，探测器对其精确记录，结合数字图 像算法重构形成准确光谱。 进一步地，大角度色散的超构表面透射板应用结合相位分解方法，将相位分解为 频率无关的基础相位和频率相关的补偿相位，使用几何相位实现基础相位，使用共振相位 实现补偿相位，利用超构表面特殊设计，实现宽波段大角度连续分光的平板结构。 进一步地，根据超构表面大角度色散功能的要求，超构表面的设计原理如下所示： 步骤1，根据透射基本原理，增加平移相位； 4 CN 111609930 A 说　明　书 2/6 页 其中，x是平板任意点的坐标表示，θ是入射光的透射角，λ是入射光的波长， 是 平移相位，(x,λ)是入射波长为λ、坐标x处的相位分布表示， 表示将式(1)平移 后 的相位分布，λmin和λmax分别代表工作波段的最小波长与最大波长，τ为单元结构在工作波段 的最小相位补偿； 步骤2，将透射平板的相位拆分成基础相位和补偿相位， 是与波长无关的基础相位，对应衍射效应，使用与波长无关的几何相位实 现； 是与波长相关的补偿相位，对应于色差效应，使用与波长相关的共振相位 实现； 步骤3，根据补偿相位选择不同尺寸的单元结构，将其放置在不同位置拼接得到集 成共振单元， 步骤4，在圆偏振光的入射下，旋转单元结构，可以在不同于入射圆偏振的另一个 圆偏振散射光处，得到两倍于转角的额外相位，这个相位与单元结构的几何对称性相关，即 几何相位。 进一步地，单元结构的尺寸与补偿相位的对应关系如下表所示： 5 CN 111609930 A 说　明　书 3/6 页 。 进一步地，大角度色散的超构透射板的单元结构材料为高折射率透明材料，如Si、 TiO2、GaN、Ge。 进一步地，基于紧凑的平面超构表面设计原理，利用同样的原理和操作步骤，选取 不同的单元结构材料，实现可见光，近红外，中红外，甚至太赫兹波段的大角度分光。有益效 果：本发明基于超构表面结构实现在中红外波段连续消色差的大角度分光设计，实现了在 中红外光波段具有连续分光功能的新型集成分光设计，在大大缩小分光光谱仪所需体积的 情况下，能够高效地得到宽波段连续分光的光谱图像，在实际场景的应用中具有极大的优 势。装置简单，体积小巧，具有高集成度和高精度，在高光谱成像仪，光信号处理器，干涉仪， 和计算光学系统等方面都具有广阔的应用前景。分光原理可以推广至其他波段，比如可见 光，近红外，中红外，甚至太赫兹波段。本发明所需的超构透射板的体积超薄，与微电子制备 工艺兼容，无需通过加工复杂曲面和粘合不同色散透镜来实现，工艺复杂度低，工序简单， 成本也更加低廉，适合大规模生产，便于与成像CCD芯片集成。 附图说明 图1(a)为只考虑几何相位超构表面在中红外波段正常色散时不同波长光入射时 的透射角度远场分布图，图1(b)为几何相位和共振相位结合超构表面在中红外波段大角度 6 CN 111609930 A 说　明　书 4/6 页 色散时的透射角度远场分布图； 图2(a)为对应770°相位补偿的单元件的相位及效率随波长的变化分布，图2(b)为 该单元结构内部的场效应分布； 图3为基于超构表面的大角度分光系统的光路图；