可改變焦距的超透鏡

（一）構(gòu)成超透鏡的基本元素的納米結(jié)構(gòu)。 它由藍寶石（Al2O3）襯底和在襯底表面形成的長方體氮化鎵（GaN）組成。

（二）偏振角θ=0°（x偏振）入射時的焦點和當(dāng)時的焦距fx。

（三）偏振角0°<θ<90°入射時的聚焦光斑。

（四）偏振角θ=90°（y偏振）入射時的焦點，此時焦距fy。

因此，我們設(shè)計了一種不用作透鏡的超透鏡，方法是在X方向上對偏振光進行類似于透鏡形狀的相移，并在垂直于其Y方向上對偏振光進行隨機相移（圖2a）。 賦予這種特殊光學(xué)特性的能力是超透鏡的最大特點，這是通過拋光傳統(tǒng)玻璃或其他材料制成的透鏡無法實現(xiàn)的。 當(dāng)用X偏振光照射該超透鏡時，由于透鏡中的相移，光聚焦在焦距fx位置。 另一方面，即使照射Y偏振光，光也不會集中并按原樣傳輸（圖2c）。 構(gòu)成這種超透鏡的一組納米結(jié)構(gòu)被稱為A組。 另一方面，納米結(jié)構(gòu)也可以設(shè)計成具有隨機相移的透鏡，用于X偏振和Y偏振光的焦距fy（圖2b，d）。 構(gòu)成這種超透鏡的納米結(jié)構(gòu)組稱為B組。

圖2.變焦距和生成光斑強度分布的超透鏡的相位特性

（一）X偏振光（藍色）通過超透鏡發(fā)生類似于凸透鏡的相移，光線聚焦，而Y偏振光（紅色）則發(fā)生隨機相移，光線不聚焦。

（二）與（a）相反，光是通過隨機相移到x偏振光（藍色）和類似于凸透鏡的相移到y(tǒng)偏振光（紅色）來收集的。

（三）（a） 超透鏡產(chǎn)生的聚焦光斑。 X偏振聚焦在焦距fx上。

（四）（b） 超透鏡產(chǎn)生的聚焦光斑。 Y偏振光聚焦在焦距fy上。

我們將設(shè)計一種超透鏡，其中這兩種類型的納米結(jié)構(gòu)（A組和B組）集成在單個基板表面上，因此它們不會相互影響。 然后，當(dāng) X 偏振光入射到該超透鏡上時，光聚焦在焦距 fx 位置，當(dāng) Y 偏振光入射時，光聚焦在焦距 fy 位置。 然后，當(dāng)斜向的偏振光注入時，偏振分量在x方向和y方向上分解，在x方向偏振分量的fx位置和y方向偏振分量的fy位置形成兩個光斑。 總光強度分布是兩個光點強度的總和。 此時，如果事先設(shè)計了fx和fy的值，使原來兩個光斑的峰值在相加后不會出現(xiàn)在光強分布中，即距離使得兩個峰之間沒有發(fā)生壓痕，則添加的光斑將是fx和fy之間只有一個峰的光斑。 然后，當(dāng)偏振方向從x方向旋轉(zhuǎn)到y(tǒng)方向時，光斑位置也從fx到fy連續(xù)變化（圖3）。

圖3.變焦距原理