[發明專利]實現雙波長偽彩色編碼的多模式超表面及其設計方法

有效

• 申請號: 201911291855.3
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN111025666B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 鄭國興;李嘉鑫;李子樂;單欣;李仲陽
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B27/00;G09F3/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 艾小倩

本發明提供一種實現雙波長偽彩色編碼的多模式超表面及其設計方法，能夠有效將入射線偏光中的紅綠分量編碼及解碼，從而在近場形成一幅偽彩色圖案，超表面材料由能夠同時對紅光和綠光響應的納米磚單元結構組成。納米磚單元結構對入射紅綠線偏光等效為一個起偏器，透光軸垂直且能實現透反射復用。納米磚根據轉角不同能夠有效調節入射線偏光中的紅綠分量比例，并在單色灰度值與不同色彩之間建立一種映射，從而在近場形成一幅偽彩色圖案。本發明所提供的偽彩色編碼多模式超表面能夠僅僅通過改變納米磚的轉角實現對入射光中紅色分量與綠色分量比例的調制，且體積小、成本低、重量小、設計思路簡單，非常適宜于在微型光電體系中應用。

技術領域

本發明屬于微納光學和偏振光學領域，具體是指一種實現雙波長偽彩色編碼的多模式超表面及其設計方法。

背景技術

圖像顯示是光學領域非常重要的一個方向。利用超表面來實現近場圖像顯示，能夠大大提高圖像的分辨率。由于人類視覺分辨灰度的能力較弱，最多不超過20個灰階，但分辨不同顏色的能力特別強，可以超過一千個層次。因而，把一幅灰度圖像的不同灰階映射為相應的彩色(偽彩色)，即把人眼無法區別的灰度變化，施以不同的彩色，使觀察者可以容易地區別不同的層次，因而極大地提高了有用信息的獲取量。所以，對灰度圖像進行偽彩色處理是一種非常有效的圖像增強技術，具有廣泛的應用市場和技術再開發前景。基于本發明所提及的偽彩色編碼的多模式超表面圖像顯示方法，在保證超表面顯示極高分辨率的同時，在不同灰度和顏色之間建立一種映射，從而將目標灰度圖轉換為一幅偽彩色圖像，極大地提高了圖案的可視性。

發明內容

針對傳統圖像顯示的不足，本發明結合偏振理論，通過設計銀納米磚的幾何尺寸及陣列的轉角從而提供一種能夠高效地實現雙波長偽彩色編碼的多模式超表面及其設計方法。

本發明目的之一在于提供一種實現雙波長偽彩色編碼的多模式超表面，所述超表面材料納米磚的轉角利用馬呂斯定律的變式I＝I₀cos⁴θ確定，且轉角在0～90°之間分布。所述超表面材料首次通過單一幾何尺寸的納米磚單元結構陣列，實現近場的偽彩色編碼，且通過改變樣片的轉角，能夠輕易實現圖像顏色的變化。本發明結構與原理簡單、易于加工，在偽彩色處理、高分辨率彩色圖像顯示、光學防偽方面具有很好的應用潛力；

本發明的目的之二在于提供一種實現雙波長偽彩色編碼的多模式超表面的設計方法，通過利用所述超表面材料的雙波長共振特性以及馬呂斯定律，巧妙地將灰度反轉的紅綠灰度圖疊加在一起，從而在超表面材料的表面編碼一幅偽彩色圖案，大大提高圖像可用信息量。

為實現上述目的，本發明的方案如下：

第一方面，本發明提供一種實現雙波長偽彩色編碼的多模式超表面，其特征在于：

所述超表面材料由能夠同時對紅光和綠光響應的納米磚形成納米磚單元陣列，不同納米磚單元結構之間的間隔為周期CS，不同位置的納米磚單元對應不同的轉角；

所述納米磚單元結構對紅綠線偏光作用相當于透反射復用起偏器；當入射紅綠線偏光沿納米磚長軸偏振時，紅光將反射，綠光將透射；當入射紅綠線偏光沿納米磚短軸偏振時，綠光將反射，紅光將透射；

設計納米磚陣列上每個納米磚的轉角，所述納米磚的轉角由馬呂斯定律的變式I＝I₀cos⁴θ確定，且在0～90°間分布；當入射紅綠光通過一個起偏器再通過所述超表面，反射光再通過一個檢偏器，將在超表面材料表面形成彩色納米印刷圖案，所形成的彩色納米印刷顏色是在紅綠之間連續變化的；所述起偏器和檢偏器均沿x軸偏振。

第二方面，本發明提供一種上述實現雙波長偽彩色編碼的多模式超表面圖像顯示的設計方法，其特征在于：包括以下步驟：