[發明專利]用于實現近場自旋角動量復用的超表面材料的設計方法

在審

• 申請號: 202011590164.6
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112684602A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 陳奎先;鄭國興;李子樂
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B1/00
• 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: 羅敏清

1.一種用于實現近場自旋角動量復用的超表面材料的設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：構建超表面陣列，所述超表面陣列包括周期性排布地多個納米磚結構單元，每個納米磚結構單元包括基底工作面以及設置在基體工作面上的納米磚，納米磚結構單元的納米磚轉向角為α(x,y)；

S2：優化得到以工作波長的線偏振光垂直入射時其功能等效為半波片的納米磚結構單元的多組備選尺寸參數；

S3：設計復用圖像一，并根據其顯示要求的振幅分布和相位分布計算其上各像素點對應的納米磚結構單元干涉記錄的相位再設計復用圖像二，并根據其顯示要求的振幅分布和相位分布計算其上各像素點對應的納米磚結構單元干涉記錄的相位

S4：根據步驟S3得出的復用圖像一對應的各納米磚結構單元干涉記錄的相位和復用圖像二對應的各納米磚結構單元干涉記錄的相位計算超表面陣列中各納米磚結構單元的幾何相位Φ(x,y)和傳輸相位Ψ(x,y)，再根據幾何相位Φ(x,y)計算得到各納米磚結構單元的納米磚轉向角為α(x,y)；

S5：根據步驟S4中得到的傳輸相位Ψ(x,y)分布從步驟S1得到的多組備選尺寸參數中選出超表面陣列中各位置處的納米磚結構單元對應的尺寸參數，再將各位置處對應尺寸參數的納米磚結構單元按照上S4中計算出的納米磚轉向角為α(x,y)進行排布，從而獲得所需的超表面材料。

2.根據權利要求1所述的用于實現近場自旋角動量復用的超表面材料的設計方法，其特征在于，以平行于所述工作面的兩條邊的方向分別設為x軸和y軸建立xoy坐標系，所述納米磚上與工作面平行的面上具有長軸L和短軸W，所述納米磚轉向角α(x,y)為所述納米磚的長軸L與x軸的夾角。

3.根據權利要求1所述的用于實現近場自旋角動量復用的超表面材料的設計方法，其特征在于，所述納米磚結構單元的尺寸參數包括所述納米磚的長軸L、短軸W和高H以及所述基底工作面邊長C的尺寸，且長軸L與短軸W不相等。

4.根據權利要求1所述的用于實現近場自旋角動量復用的超表面材料的設計方法，其特征在于，步驟S3中，復用圖像一中各像素點對應的納米磚結構單元干涉記錄的相位的計算公式為：

式中，C為常數，A(x,y)為復用圖像一顯示時各像素點的振幅和相位，R(x,y)為用于干涉記錄參考光的復振幅分布，令R(x,y)＝1；

復用圖像二中各像素點對應的納米磚結構單元干涉記錄的相位的計算公式為：

式中，C為常數，B(x,y)為復用圖像二顯示時各像素點的振幅和相位，R(x,y)為用于干涉記錄參考光的復振幅分布，令R(x,y)＝1。

5.根據權利要求1所述的用于實現近場自旋角動量復用的超表面材料的設計方法，其特征在于，步驟S4中，超表面陣列中的各納米磚結構單元的幾何相位Φ(x,y)計算公式為：

其中，納米磚結構單元的轉向角α(x,y)等于該納米磚結構單元的幾何相位Φ(x,y)的一半，即

超表面陣列中的各納米磚結構單元的傳輸相位Ψ(x,y)計算公式為：

6.根據權利要求1所述的用于實現近場自旋角動量復用的超表面材料的設計方法，其特征在于，所述基底工作面采用氧化鋁材料制成，所述納米磚采用晶體硅材料制成。

7.根據權利要求1所述的用于實現近場自旋角動量復用的超表面材料的設計方法，其特征在于，工作波長為可見光波段，其中，工作波長λ＝633nm。

8.一種根據權利要求1-7任意一項所述的用于實現近場自旋角動量復用的超表面材料的設計方法得到的超表面材料。

9.根據權利要求8所述的用于實現近場自旋角動量復用的超表面材料的設計方法得到的超表面材料，其特征在于，以一自旋角動量的圓偏振光垂直入射所述超表面材料，在超表面材料的近場顯示復用圖像一，改變該入射圓偏振光的自旋角動量，在超表面材料的近場顯示復用圖像二。