[發明專利]一種雙功能超表面

有效

• 申請號: 202011627127.8
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112748484B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 冀若楠;宋坤;劉亞紅;趙曉鵬;雙丹陽;李沅鴻;任龍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00;G02B5/20;G02B5/30;G02B5/12
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 張舉

本發明提供了一種雙功能超表面，屬于微納光學領域，包括包括由上而下依次設置的上層超單元二維周期性陣列、中間介質間隔層和下層亞波長金屬光柵；上層超單元二維周期性陣列由多個上層超單元分別在垂直于下層亞波長金屬光柵的柵條方向周期性排列而成；每個上層超單元由n個均勻排布的結構單元沿垂直于下層亞波長金屬光柵的柵條方向周期性排列而成，相鄰兩個結構單元之間反射相位差為2π/n、透射相位差為零。該超表面可通過入射光偏振的不同或入射方向的不同實現不同功能，且可以對兩種功能進行自由獨立調控，有效解決了目前已有報道的雙功能超表面器件工作模式單一或不同工作模式下功能難以獨立調控的問題。

技術領域

本發明屬于微納光學領域，具體涉及一種雙功能超表面。

背景技術

超表面是一種由周期性人工微結構形成的超薄二維陣列平面。自2011年哈佛大學F.Capasso等利用V形結構單元在介質表面引入的相位不連續性條件，實現了對折射波和反射波傳播方向的控制，并推導出廣義斯涅爾定律后，由于超表面能夠在亞波長傳播距離范圍內使電磁波的屬性發生突變,靈活有效地操縱電磁波的相位、振幅、偏振及傳播模式。在光束偏折、偏振轉換、平面透鏡、矢量光束生成、全息成像等新穎的電磁波研究領域表現出了極大的研究價值和廣泛的應用前景，因此引起了科學界和工程界的極大關注。

隨著微納加工技術的發展，光學元件呈現出小型化、集成化和多功能化的發展趨勢，而超表面的出現為此類光學元件的開發提供了新思路和新途徑，因此多功能超表面是目前超表面領域的一大研究熱點。目前，大多數報道的多功能超表面主要工作在透射或反射單一模式下，常見的實現多功能的方法有以下幾種。一是通過兩組結構來分別調控不同偏振光的相位分布，比如Sergejs Boroviks等人通過將兩組間隙等離激元共振結構按照特定相位排列，實現了反射模式下兩種正交線偏振光束的分束和聚焦。二是基于多層非對稱結構實現正反入射時的相位分布不同，如Ke Chen等人設計了一種由不同尺寸三層開口環構成的非對稱超表面結構單元，正反入射時透射波的相位分布不同，從而呈現出不同的透射全息圖像的功能。三是基于相變材料或化學反應實現超表面功能的轉換，如PingYu等人設計了一種由兩對正交的鎂納米棒和一根金納米棒作為超單元構成的多功能超表面，通過鎂的氧化和氫化可以實現超單元相位的改變，從而調控超表面的光束偏折、聚焦等特性。而同時能工作在透射和反射模式的多功能超表面結構的報道較少，其中比較典型的是JunHyung Lee等人設計了一種亞波長硅光柵結構，通過調控硅光柵的高度可以在透射和反射模式實現分束和聚焦功能。

由此可見，目前已有報道的多功能超表面器件主要存在工作模式單一、需要多組超單元復合或者多層非對稱結構或者借助外力(電場、磁場、熱或化學反應)才能實現不同功能，而少量能同時工作在透反雙模式下的器件，其反射和透射的相位均依賴于同一參數，兩種模式下的功能難以實現獨立調控。

因此，本申請提出一種透反雙模式可獨立調控的光束偏折/線偏振濾波雙功能超表面。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明提供了一種雙功能超表面。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種雙功能超表面，包括由上而下依次設置的上層超單元二維周期性陣列、中間介質間隔層和下層亞波長金屬光柵；

所述上層超單元二維周期性陣列由多個上層超單元分別在垂直于所述下層亞波長金屬光柵的柵條方向周期性排列而成；

每個所述上層超單元由n個均勻排布的結構單元沿垂直于所述下層亞波長金屬光柵的柵條方向周期性排列而成，相鄰兩個所述結構單元之間反射相位差為2π/n、透射相位差為零。

優選地，所述結構單元為上層金屬納米塊。