[發明專利]雙折射相位調控超表面結構單元、寬帶偏振與相位調控陣列及器件

有效

• 申請號: 201711045990.0
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107589540B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 陳剛;溫中泉;李語燕;曹璐瑤;張智海
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06;G02B26/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

1.一種基于雙折射相位調控超表面結構單元的寬帶偏振與相位調控陣列，其特征在于，所述寬帶偏振與相位調控陣列是由一系列雙折射相位調控超表面結構單元(5)在X方向和Y方向即快軸和慢軸方向分別以T_f和T_s的周期分布形成的二維平面陣列；對于入射波長為λ的圓偏振光，根據出射平面上所需光場偏振方向，確定雙折射相位調控超表面結構單元快軸方向，并根據快軸方向和出射平面上所需出射相位分布，選擇快軸相位延遲滿足出射相位分布的雙折射相位調控超表面結構單元，在二維平面形成陣列排布，實現圓偏振入射光條件下，對反射光進行偏振和相位調控，使出射平面上光場滿足所需的偏振和相位分布；

所述雙折射相位調控超表面結構單元包括基底(1)、金屬反射膜(2)、介質層(3)和“十”字形亞波長光學天線單元(4)；

所述基底(1)是厚度為h的介質材料，對入射光波長λ透明，上下表面平行；

所述金屬反射膜(2)是在基底上表面、并緊貼基底、對入射波長λ具有高反射率、厚度為t_r的一層金屬薄膜；

所述介質層(3)是在金屬反射膜上表面、并緊貼金屬反射膜、對入射光波長λ透明、厚度為t_d的一層介質材料；

所述“十”字形亞波長光學天線單元(4)是由兩個厚度為t_a、且相互垂直交叉的長方形金屬條構成，沿X方向和沿Y方向的金屬條的長度、寬度分別為L_f、W_f和L_s、W_s；

所述結構單元在波長為λ的入射光從“十”字形亞波長光學天線單元(4)一側入射情況下，對于分別沿“十”字形亞波長光學天線單元兩個長方形長度方向的偏振分量，其反射光的相位相差π/2，形成具有雙折射功能的超表面結構，該雙折射超表面結構的兩個長方形長度方向分別對應雙折射效應的快軸和慢軸，快軸方向金屬條長和寬分別為L_f和W_f，慢軸方向金屬條長和寬分別為L_s和W_s；

所述結構單元具有1/4波片功能，并能夠實現對反射光的相位進行調控；

構成所述陣列的一系列雙折射相位調控超表面結構單元(5)的慢軸方向偏振分量相對于快軸方向偏振分量的相位延遲為π/2±m×2π，m為整數，對于入射波長為λ的圓偏振光，反射光為線偏振光，該反射光偏振固有偏轉角即反射光偏振方向與快軸方向夾角β＝actan(A_s/A_f)，其中A_f、A_s分別為快軸和慢軸方向線偏振光的振幅反射率，通過在平面內旋轉該雙折射超表面結構單元，改變快軸的方向來控制反射光束的偏振方向；通過選擇L_f、W_f、L_s、W_s和T_f、T_s，形成一系列雙折射相位調控超表面結構單元，結構單元的快軸相位延遲為反射偏振固有偏轉角為β_k，快軸相位延遲的取值范圍為0～2π，其中N為整數，利用這一系列雙折射相位調控超表面結構單元構成陣列，在平面空間內，在實現對反射光偏振方向控制的同時，實現對反射光相位在[0，2π]范圍內的調控；所述雙折射相位調控超表面結構單元(5)在波長范圍[λ₁，λ₂]內，均能實現對出射光的偏振和相位的任意調控。