[發(fā)明專利]一種具有雙圖顯示功能的微納波片陣列及其構(gòu)建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910745105.2
• 申請(qǐng)日: 2019-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN110568540B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李子樂(lè);鄭國(guó)興;戴琦;付嬈;鄧娟;鄧聯(lián)貴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B5/30
• 分類號(hào): G02B5/30;G02B27/00;G06F30/20
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 石超群

本發(fā)明涉及一種具有雙圖顯示功能的微納波片陣列及其構(gòu)建方法，具有雙圖顯示功能的微納波片陣列，包括多個(gè)納米結(jié)構(gòu)單元，納米結(jié)構(gòu)單元包括方形的工作面和刻蝕在工作面的納米磚，將平行于工作面相鄰兩條邊的方向分別定義為x軸和y軸建立xoy坐標(biāo)系，將納米磚與工作面平行的面的相鄰兩條邊分別定義為長(zhǎng)邊L和寬邊W，納米磚的轉(zhuǎn)向角為納米磚的長(zhǎng)邊L與x軸的夾角θ，多個(gè)納米結(jié)構(gòu)單元中的納米磚以不盡相同的尺寸在多個(gè)工作面上排列形成納米磚陣列，納米磚陣列中每個(gè)納米結(jié)構(gòu)單元等效為一個(gè)波片，波片快慢軸相位差可以實(shí)現(xiàn)0到π內(nèi)任意值。本發(fā)明具有兩種工作模式，可分別獨(dú)立調(diào)控圖像灰度并互不影響，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的光學(xué)裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納米光學(xué)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有雙圖顯示功能的微納波片陣列及其構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

超表面由于其具有亞波長(zhǎng)微納結(jié)構(gòu)，可對(duì)電磁場(chǎng)振幅、相位、偏振態(tài)等進(jìn)行逐點(diǎn)的精確操控等優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。作為二維平面材料，超表面可設(shè)計(jì)為平面光學(xué)器件，目前已經(jīng)研制出具有多種功能的超表面材料器件，如透鏡、光柵、全息片等。另外通過(guò)結(jié)合一些控制方式可以在一片超表面上實(shí)現(xiàn)更多的功能，例如，可以通過(guò)改變?nèi)肷涔獾娜肷浣莵?lái)產(chǎn)生不同的全息圖像，利用入射光偏振態(tài)的變化實(shí)現(xiàn)雙檔變焦等等。微納波片作為相位調(diào)節(jié)元件，被廣泛應(yīng)用于光波波前操控。將微納半波片與起偏檢偏器件結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)偏振顯示與圖案隱藏，然而，將各種波片集成至一片超表面以實(shí)現(xiàn)更為強(qiáng)大的功能還未被提出和研究。基于此，本發(fā)明通過(guò)整合多種尺寸的微納結(jié)構(gòu)，使其等效為快慢軸相位差可覆蓋0至π的各種波片，并結(jié)合馬呂斯定律，通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)，可以使同一片超表面在不同的工作模式下顯示出不同的灰度圖案。兩幅圖案相互獨(dú)立，互不影響，本發(fā)明為偏振復(fù)用顯示技術(shù)提供了新的思路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有雙圖顯示功能的微納波片陣列，當(dāng)由微納波片構(gòu)成的超表面工作于不同模式時(shí)，其顯示的灰度圖案不同。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種具有雙圖顯示功能的微納波片陣列的構(gòu)建方法，通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)，可以使同一片超表面在不同的工作模式下顯示出不同的灰度圖案。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的之一所采用的方案是：一種具有雙圖顯示功能的微納波片陣列，包括多個(gè)納米結(jié)構(gòu)單元，所述納米結(jié)構(gòu)單元包括方形的工作面和刻蝕在所述工作面的納米磚，將平行于所述工作面相鄰兩條邊的方向分別定義為x軸和y軸建立xoy坐標(biāo)系，將所述納米磚與工作面平行的面的相鄰兩條邊分別定義為長(zhǎng)邊L和寬邊W，所述納米磚的轉(zhuǎn)向角為納米磚的長(zhǎng)邊L與x軸的夾角θ，多個(gè)所述納米結(jié)構(gòu)單元中的納米磚以不盡相同的尺寸在多個(gè)所述工作面上排列形成納米磚陣列，所述納米磚陣列中每個(gè)納米結(jié)構(gòu)單元等效為一個(gè)波片，波片快慢軸相位差可以實(shí)現(xiàn)0到π內(nèi)任意值。

優(yōu)選地，所述工作面采用二氧化硅材料制成，所述納米磚陣列采用二氧化鈦材料制成。

優(yōu)選地，所述納米磚陣列中每個(gè)納米磚的高度相同，長(zhǎng)度和寬度不盡相同。

優(yōu)選地，所述納米磚的長(zhǎng)邊L、寬邊W以及高H的尺寸均為亞波長(zhǎng)級(jí)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的之二所采用的方案是：一種具有雙圖顯示功能的微納波片陣列的構(gòu)建方法，包括如下步驟：

1)采用電磁仿真法，以工作波長(zhǎng)的線偏振光垂直入射納米結(jié)構(gòu)單元，在工作波長(zhǎng)下掃描所述納米結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到所述工作面和所述納米磚陣列中多種納米磚的幾何參數(shù)，所述幾何參數(shù)包括工作面的邊長(zhǎng)C以及納米磚的長(zhǎng)邊L、寬邊W、高H的尺寸，得出若干單元結(jié)構(gòu)長(zhǎng)短邊透過(guò)率相同，相位差可覆蓋0至π的范圍；

2)利用電磁仿真得到當(dāng)偏振方向沿納米磚長(zhǎng)邊L方向的光波入射時(shí)，透射光的相位改變量為當(dāng)偏振方向沿納米磚寬邊W方向的光波入射時(shí)，透射光的相位改變量為則納米結(jié)構(gòu)單元等效的波片快慢軸相位差為當(dāng)θ＝0時(shí)該納米結(jié)構(gòu)單元瓊斯矩陣為