[發明專利]基于介質超表面實現雙相位合成的彩色復振幅調制系統

在審

• 申請號: 202011626310.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112666813A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 沈川;孫佳麗;呂詩琪;齊翼飛;韋穗
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G03H1/02
• 分類號: G03H1/02;G03H1/08
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 奚華保

1.一種基于介質超表面實現雙相位合成的彩色復振幅調制系統，其特征在于：包括第一單色復振幅調制模組、第二單色復振幅調制模組、第三單色復振幅調制模組、十字合色棱鏡和45°線性偏振器；

所述十字合色棱鏡包括順次連接的第一側面、第二側面、第三側面和第四側面，所述第一單色復振幅調制模組和45°線性偏振器分別位于所述十字合色棱鏡相對的第一側面和第三側面兩側，所述第二單色復振幅調制模組和第三單色復振幅調制模組對稱設置在所述十字合色棱鏡相對的第二側面和第四側面兩側；

所述第一單色復振幅調制模組、第二單色復振幅調制模組和第三單色復振幅調制模組與所述十字合色棱鏡的距離相同；所述第一單色復振幅調制模組、第二單色復振幅調制模組和第三單色復振幅調制模組均包括激光器以及依次設置在所述激光器的出射光路上且中心點共線的空間濾波器、透鏡、線性偏振片、空間光調制器、介質超表面和偏振敏感元件；

所述空間濾波器用于對所述激光器輸出的光束進行濾波；所述透鏡用于對經由所述空間濾波器入射的光束進行擴束；所述線性偏振片用于將經由所述透鏡入射的光束調制為單一方向的線偏振光；

所述空間光調制器為純相位空間光調制器，將所述空間光調制器的像素區域按照像素行或列的奇偶順序劃分為若干個尺寸相同、數量相等的奇數子區域和偶數子區域；當采用雙相位編碼原理得到兩幅純相位全息圖時，其中一幅加載在所述奇數子區域的像素上，另一幅加載在所述偶數子區域的像素上；所述空間光調制器用于根據加載的純相位全息圖，對經由所述線性偏振片入射的光束的相位進行調制；

所述介質超表面緊貼所述空間光調制器設置，用于對經由所述空間光調制器入射的光束，改變其中所有奇數子區域像素調制的光束的偏振態，或者改變其中所有偶數子區域像素調制的光束的偏振態，使其與之前的偏振方向正交；所述偏振敏感元件用于使經由所述介質超表面入射的兩束正交偏振光束實現共線疊加；

所述十字合色棱鏡用于對經由所述偏振敏感元件入射的光束進行合色；所述45°線性偏振器用于對經由所述十字合色棱鏡入射的共線的正交偏振光束進行合成，得到偏振態為45°的出射光束，即得到由兩個等振幅純相位函數線性相加的復振幅函數。

2.根據權利要求1所述的基于介質超表面實現雙相位合成的彩色復振幅調制系統，其特征在于：

所述介質超表面由若干個間隔分布在玻璃基板上的亞波長單元陣列組成，所述亞波長單元陣列在玻璃基板上劃分出若干個空白區域，所述亞波長單元陣列和空白區域的尺寸相同、數量相等，并且與所述空間光調制器的奇數子區域和偶數子區域在尺寸和數量上相匹配；

所述偏振敏感元件由若干個尺寸相同、數量相等的第一折射板和第二折射板交替排列組成，所述第一折射板和第二折射板與所述空間光調制器的奇數子區域和偶數子區域在尺寸和數量上相匹配；

所述空間光調制器的奇數子區域和偶數子區域與所述亞波長單元陣列和空白區域一一對齊設置，所述亞波長單元陣列和空白區域與所述第一折射板和第二折射板一一對齊設置。

3.根據權利要求2所述的基于介質超表面實現雙相位合成的彩色復振幅調制系統，其特征在于：所述亞波長單元陣列由若干個亞波長單元結構周期性排列組成，所述亞波長單元結構為介質橢圓柱納米天線，所述介質橢圓柱納米天線的橢圓長軸與經由所述空間光調制器入射的光束的偏振方向之間的夾角為45°。

4.根據權利要求2所述的基于介質超表面實現雙相位合成的彩色復振幅調制系統，其特征在于：所述偏振敏感元件的厚度滿足以下條件：

其中，t表示偏振敏感元件的厚度，Δx表示第一折射板的寬度，β表示入射到第一折射板上的正交偏振光束相對于入射到相鄰的第二折射板上的正交偏振光束的偏轉角度，θ表示偏振敏感元件的光軸與波矢方向之間的夾角，n_e表示第一折射板的折射率，n_o表示第二折射板的折射率。