[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

本發明提供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，包括三個單色復振幅調制模組、十字合色棱鏡和45°線性偏振器；每個單色復振幅調制模組均包括激光器以及依次設置在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。本發明采用介質超表面實現光的偏振調控，具有單元結構小、設計靈活、損耗低的優點；采用一個有源器件疊加其它無源組件來實現復振幅調制，避免了級聯兩個有源器件，在光學結構上簡單緊湊，同時具有較高的衍射效率；基于空分復用方法實現單色和彩色復振幅調制，具有較強的選擇靈活性。

技術領域

本發明涉及微納光學及光場調控技術領域，具體是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。

背景技術

隨著現代科技的發展，2D顯示技術已經不能再滿足人們對顯示技術的需求，人們對3D顯示技術的需求日趨明顯。全息術無需任何觀察設備就可以提供高質量的圖像和精確的人眼觀察深度，因此全息顯示技術被認為是重構真實三維景象的最佳技術手段之一?？臻g光調制器是目前動態全息顯示中應用最核心的調制器件。然而，采用空間光調制器實現對整個復光場的獨立可控調制是困難的，因為目前的空間光調制器僅可以表示有限的復數值集合，其振幅調制和相位調制一般是耦合的，不可以同時獨立地調節入射光的振幅和相位。所以市場上的空間光調制器一般分為相位型和振幅型，可以實現相應的獨立相位調制和獨立振幅調制的特性。

1978年，C.Hsuech提出了采用雙相位全息技術對復振幅調制進行研究的非迭代全息編碼方法，之后許多研究人員針對復振幅編碼方法和硬件方法進行了研究。早期基于器件的光場復振幅調制的想法是通過組合器件或者改造器件來完成。1996年，L.G.Neto采用純相位和純振幅的液晶器件級聯的方式實現了復振幅的調制。2012年，A.Siemion使用兩個純相位空間光調制器和迭代優化的菲涅爾全息圖進行復振幅光場的全息重建。這些方法一般都是通過級聯兩個有源液晶板并達到像素級對齊來實現復振幅調制，整個系統物理長度較長。隨著顯示技術的發展，空間光調制器的單個像素尺寸趨于減小，像素數趨于增多，系統達到像素對齊更加困難。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供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，采用介質超表面實現光的偏振態調控，且采用偏振敏感元件實現兩束正交偏振光束的共線疊加，進而實現基于雙相位編碼原理的復振幅調制。

本發明的技術方案為：

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，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；