[发明专利]一种采用超构表面实现中红外频段隐身的方法

权利要求书

1.采用超构表面实现光学隐身的方法，其特征是入射光工作波段为中红外波段，采用超构平板材料表面，对于入射光进行振幅与相位的调控，以控制出射光所携带的信息，从而实现对于置于特定位置的二维透明物体的隐身；具体步骤为：

根据给定二维透明物体的透过率函数以及超构平板材料位置、纳米天线的线度信息，以及实际搭建的光学系统的参数信息，利用已有的光学模拟程序计算出平板材料所在位置的光场复振幅分布，并根据得到的复振幅分布信息对于材料表面的天线阵列进行排布，以达到隐身效果；利用数值模拟程序，在二维透明物体处虚构一个透过率函数为物体实际透过率函数的倒数的假想物体，并通过在模拟的假想物体光波上叠加球面波的方式，使物光汇聚于超构材料所在位置，保证超构材料能够记录下大部分与目标二维透明物体形貌有关的信息，计算出超构材料处所对应的假想物体光光场复振幅分布；通过对于模拟过程中采样间隔的合理调控，使得每一个对给定二维透明物体采样点(x,y)对应超构材料的一个像素点，并据此确定超构材料的纳米天线排布，使其与计算得到的假象物光光场的共轭相对应，从而确保由超构材料出射的光在给定二维透明物体处的光场恰好包含二维透明物体透过率函数的倒数部分，根据公式：O′(x,y)＝O*K，当入射光O透过物体时，其中的1/K部分可以与二维透明物体透过率函数K相抵消，从而使出射光O′中不携带物体信息。

2.根据权利要求1所述的采用超构表面实现光学隐身的方法，其特征是利用光学模拟确定平板材料对应的复振幅分布时，利用叠加标准球面波或平面波相位，以控制出射光的方向；入射光与平板材料表面垂直且为圆偏振光。

3.根据权利要求2所述的采用超构表面实现光学隐身的方法，其特征是当圆偏振光沿z轴垂直入射至长轴与x方向夹角为的纳米天线时，除去旋向相反的正常偏振光外，还会激发反常反射光，沿天线长轴与短轴偏振的部分在出射时会分别发生相位转化，即叠加一个相位，长短轴偏振光的叠加相位之间存在相位差θ，故出射光不再为简单的圆偏振光；反常反射光可被分解为两束旋向相反的圆偏光，其中与入射光旋向相同的部分相对振幅为相位增加与入射光旋向相反的部分相对振幅为相位增加

4.根据权利要求2所述的采用超构表面实现光学隐身的方法，其特征是实现光学隐身的平板材料的振幅调控方式，利用矩形纳米天线长轴与短轴出射光的相位差θ与天线的长宽相关的性质，利用对天线长宽的调控将入射圆偏光转化为两个相对振幅分别为与旋向相反的圆偏光，并利用1/4波片与偏振片对与入射光旋向相同的部分进行保留，而对与入射光旋向相反的部分进行消光。

5.根据权利要求3或4所述的采用超构表面实现光学隐身的方法，其特征是实现光学隐身的平板材料的相位调控方式：利用矩形纳米天线的长轴与x轴夹角的变化以及天线长宽对出射光相位的共同作用来调控目标出射光相位增量φ，具体关系为

6.根据权利要求2或4所述的采用超构表面实现光学隐身的方法，其特征是采用超构表面实现光学隐身的平板材料的振幅调控方式，利用纳米天线长宽变化所带来的对出射光相位的调节作用来调节出射光的振幅，利用矩形纳米天线的长轴与x轴夹角的变化与天线长宽的共同作用调控相位；利用八种不同大小、具有大于90％高相位转化效率、短轴叠加相位相同、相位为-1.05rad；长短轴叠加相位差不同、相位差为0、0.29rad、0.58rad、0.89rad、1.22rad、1.59rad、2.06rad或3.14rad，对应不同出射光相对振幅、相对振幅为0、1/7、2/7、3/7、4/7、5/7、6/7、1倍的纳米天线组成天线阵列，将每一个纳米天线作为一个调控单元来调控出射圆偏光的相位与振幅。

7.根据权利要求6所述的采用超构表面实现光学隐身的方法，其特征是所述的采用超构表面实现光学隐身的平板材料的结构，八种不同长宽的纳米天线均以Au为反射层，氟化钡作为介质层，再利用Au作为天线；使用标准光刻与lift-off工艺进行制备；八种不同大小的天线以及天线和x方向的不同夹角使得反射波的相对振幅从0～1变化，相位于0～2pi之间变化，且保持沿天线短轴与长轴偏振的反射波振幅均在0.9附近，沿短轴出射的偏振光与入射光相比相位滞后-0.1。