[發明專利]一種偏振相關的超表面結構、元件及熱輻射信息加載方法

在審

• 申請號: 202010133281.3
• 申請日: 2020-03-01
• 公開（公告）號: CN111323857A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 易飛;李君宇;黎錦釗
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B5/30
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種偏振相關的超表面結構、元件及熱輻射信息加載方法，該超表面結構包括襯底、金屬背板、絕緣層和金屬光學天線陣列，金屬背板、絕緣層和金屬光學天線陣列自下至上排布構成MIM超表面吸收體，位于襯底上方；絕緣層上設置有偏振標志位，用于偏振片的對準；金屬光學天線陣列為不同長度和不同旋轉角的金屬納米棒陣列，通過配置MIM超表面吸收體的各個金屬納米棒的旋轉角實現熱輻射信息加載。本發明使用偏振相關型超表面吸收體發射的長波紅外線偏光為人眼不可見，具有優良保密性能。

技術領域

本發明屬于微納光學技術領域，更具體地，涉及一種偏振相關的超表面結構、元件及熱輻射信息加載方法。

背景技術

信息加載及讀取是人類生活、社會生產的關鍵技術，與人類的工作和生活息息相關。不同的信息加載和讀取方法為信息傳輸提供了更多的可能性。隨著社會的發展，信息加載的應用場景越來越廣，性能要求也越來越高，研究信息加載方法、裝置及所加載的信息具有重要的意義。隨著大數據時代的到來，增加載體信息容量以及提高信息的保密度是一種迫切的需求。

電磁波具有四個獨立的自由度：光強、相位、偏振和頻率。每一種維度均可獨立地進行信息加載，每兩種自由度之間可以進行組合實現混合信息加載，且彼此間并不會發生相互串擾。傳統的信息加載方式僅僅利用了光的強度維度，和頻率維度進行信息加載，如常見的傳統彩色圖片就同時使用上述兩種方法進行信息加載，該種方法應用面比較廣，保密性十分有限，對增加載體的信息容量幫助也十分有限，無法滿足大數據時代的要求。利用將信息加載到電磁波的其他維度之上是解決上述問題的一種方法。

物體能主動發射長波紅外熱輻射，無需使用光源進行主動照明，使用較為簡單。信息加載到長波紅外熱輻射偏振維度上。偏振能由兩種正交的偏振態進行分解，兩種正交偏振態上都能獨立進行信息加載。該特性能提高載體信息加載容量與信息的保密性。信息加載工作于長波紅外之上，相比于以往信息加載與可見光而言有更好的保密性。

將信息加載到電磁波的偏振維度在自然界是十分常見，例如自然界存在的甲蟲，其背靠能對某種特殊的圓偏光進行反射，甲殼呈現出一種顏色，用于進行區別。受其啟發，不同的專利提出將信息加載到可見光波段的偏振維度之上，實現提升載體的信息容量以及增加信息保密度。但這種方法需要使用特定的偏振光源進行照明，使用過程較為繁瑣，而且信息加載工作于可見光波段，仍然有一定概率能將加密信息正確讀出信息。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種偏振相關的超表面結構、元件及熱輻射信息加載方法，旨在解決現有信息加載技術保密性差，載體信息容量小的問題。

為實現上述目的，按照本發明的一方面，提供了一種偏振相關的超表面結構，包括襯底、金屬背板、絕緣層和金屬光學天線陣列，金屬背板、絕緣層和金屬光學天線陣列自下至上排布構成MIM超表面吸收體，位于襯底上方；

絕緣層上設置有偏振標志位，用于偏振片的對準；金屬光學天線陣列為不同長度和不同旋轉角的金屬納米棒陣列。

優選地，絕緣層的材料為二氧化硅、硅、氧化鋁、鍺、氮氧化硅或氮化硅，金屬背板和金屬光學天線陣列的材料均為金、銀、鋁、鐵、銅、鎳或鉻中的任一種。

優選地，金屬光學天線陣列以矩形的金屬納米棒的中心按方陣或六方晶格排列。

優選地，MIM超表面吸收體發射平行于金屬納米棒的長邊的TE線偏光，MIM超表面吸收體在8～14μm內對TE線偏光有最高的吸收率，而對電場偏振垂直于金屬納米棒長邊的TM線偏光的吸收率較低。

按照本發明的另一方面，提供了一種偏振相關的超表面元件，包括如上述所述的超表面結構，金屬納米棒的長邊與偏振標志位之間的夾角為MIM超表面吸收體的旋轉角θ；MIM超表面吸收體所包含的各個金屬納米棒的旋轉角θ被配置為：MIM超表面吸收體發射偏振方向平行于金屬納米棒的長邊的TE線偏光，TE線偏光形成加載信息。