[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

本發明提供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，包括：構建超表面陣列，超表面陣列包括多個納米磚結構單元；優化得到納米磚結構單元的多組備選尺寸參數；設計復用圖像一，并計算其上各像素點對應的納米磚結構單元的相位再設計復用圖像二，并計算其上各像素點對應的納米磚結構單元的相位根據和計算各納米磚結構單元的納米磚轉向角和傳輸相位；根據傳輸相位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計算出的納米磚轉向角為進行排布，從而獲得所需的超表面材料。本發明大大擴充了超表面近場復用技術的信息通道維度，使得復用信息呈指數的增加。

技術領域

本發明屬于信息光學的技術領域，具體涉及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。

背景技術

超表面近場復用技術作為一種新型的近場多通道高分辨成像技術，以其多通道、高效、高分辨率和極為精確操控的技術特點受到了越來越多的關注，成為現代復用成像技術的重要研究內容之一。然而，目前現有的超表面近場復用技術多是基于線偏光的偏振方向來進行強度的調制，從而實現近場圖像的復用顯示，但是上述基于線偏光偏振方向的復用技術僅僅只使用了光波偏振信息的一部分，故其信息通道數有限，而如何擴充超表面近場復用技術的信息通道維度，使其復用信息呈指數的增加時目前急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種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，該方法制備的超表面材料能擴充超表面近場復用技術的信息通道維度，使得復用信息呈指數的增加。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

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，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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；