[發明專利]一種基于超表面材料的近遠場雙通道圖像顯示方法

在審

• 申請號: 202210334315.4
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114690304A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 鄧娟;鄢波;高凡;蔡萍根;陳乃波;呂斌;李蕓
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G02B5/32;G02B1/00;G02B27/00;G03H1/02;G03H1/04;G06K19/06
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 龔如朝

本發明公開了一種基于超表面材料的近遠場雙通道圖像顯示方法，它利用二維碼圖像識別冗余度、強度調制冗余度和全息設計冗余度，這多種冗余度所賦予的額外設計自由度，通過精心設計納米結構的轉向角，在一片由單種納米結構組成的超表面的結構表面編碼二維碼圖案的同時，在遠場實現無孿生像全息圖像的再現。本發明的方法具有很強的擴展性和魯棒性，不僅拓展到其他的光學平臺和工作波段，還可以適用于大面積加工和生產。且由于在近場和遠場成像方式不同，其解碼條件不同，因此本發明在高端防偽、圖像顯示等領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于微納光學技術領域，尤其涉及一種基于超表面的近遠場雙通道圖像顯示方法。

背景技術

超表面由于具有超強的光波操控能力，能夠對振幅、相位和偏振進行精密調控，是當前高性能、大容量、多功能光學平臺的首選。近年來，基于超表面材料的圖像顯示技術由于其輕量級，小型化，大容量，高密度等特性得到了國內外學者的廣泛關注。如2018年，Bao等人通過設計多種納米結構組成的相關像素，在一片超表面材料表面編碼了兩幅二維碼，通過特定的波長，入射角度來實現兩幅二維碼圖像的解碼。同年，Zhang等人在一束激光中編碼了一幅二維碼圖像，需要借助檢偏器來實現圖像的解碼。此外，也有研究者提出了許多基于超表面材料的全息圖像顯示技術，通過優化設計納米結構的材料、尺寸及排布方式，在遠場實現目標全息圖像的再現。此后，有研究者充分挖掘納米結構中的多種調控自由度，基于由單種納米結構、變尺寸納米結構或者疊層結構組成的一片超表面同時實現了近場圖像和遠場圖像的顯示。

本發明提出了一種新的超表面近遠場雙通道圖像顯示技術。利用單種納米結構進行超表面陣列排布設計，以實現在超表面材料的表面(近場)編碼一幅二維碼圖像的同時，可以在遠處再現一幅無孿生像的全息圖像。這種新型的圖像顯示技術豐富了圖像顯示的研究領域，也在高端防偽、圖像隱藏等領域具有很好的發展前景。

發明內容

為了解決當前基于單種納米結構超表面實現近遠場圖像顯示技術的限制，本發明的目的在于提供一種基于超表面的近遠場雙通道圖像顯示方法，它利用了圖像識別、強度調制以及全息設計的冗余度，通過設計單種納米結構的轉向角，實現二值圖像和無孿生像全息圖像的融合，從而實現了一種新的近遠場雙通道圖像顯示技術。

為達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

超表面由多個納米磚結構單元陣列于一平面上構成，所述納米磚結構單元由透明基底和沉積在其上的納米磚組成。納米磚結構單元的轉向角為θ，θ取值范圍為[0，π]。所述透明基底沉積有納米磚的一面為邊長為C的正方形工作面，邊長C為亞波長級；所述納米磚長L、寬W和高H均為亞波長級；根據選定的工作波長和想要的電磁響應特性，通過電磁仿真優化得到具體的幾何尺寸。以單元結構直角邊為x軸和y軸建立xoy坐標系，納米磚長邊為長軸、短邊為短軸，納米磚的長軸與x軸夾角為納米磚的轉向角θ。

在上述技術方案基礎上，作為優選，所述的透明基底為熔融石英玻璃材料，所述的納米磚為金、銀、鋁，硅等材料或利用SOI材料來設計納米單元。

利用納米結構的強度調控冗余度，二維碼和全息圖像設計的冗余度，通過排布陣列結構中每一個納米結構的轉向角，可以在一片超表面上實現二維碼圖像和無孿生像的全息圖像的融合。而且兩種通道的信息相互獨立、可以任意設計，具有很強的靈活性。本發明可應用于高端防偽、偏振顯示、圖像隱藏等領域。

本發明提供的一種基于超表面材料的近遠場雙通道圖像顯示方法，包括以下過程：

1)超表面由多個納米磚結構單元陣列于一平面上構成，利用納米磚結構單元的出射光強調制函數和二維碼圖像的灰度信息，得到出射光強與納米磚結構單元的轉向角在[0,180°]取值范圍內的對應關系；