[发明专利]基于贝里相位超颖表面的多平面全息复用方法

说明书

本发明公开的基于贝里相位超颖表面的多平面全息复用方法，属于微纳光学和全息复用应用领域。本发明利用3D‑Fienup算法实现相位恢复，将不同图像的再现位置取不同的数值，获得包含全部信息的计算机生成全息图；选取金属偶联极子作为贝里相位超颖表面结构单元，基于贝里相位的调制原理实现相位调制，通过编码与原相位共轭的全息相位剖面，使偏振状态成为复用途径，实现圆偏振选择的全息复用通道；制作出记录计算机生成全息图的超颖表面相位片，选取与其手性正交的出射圆偏振光，光学再现出所记录的三维物体或波面。本发明提供可见光和近红外波段的亚波长像素、超薄、大视场角、大容量的全息复用方法，此外，能够有效降低串扰、实现圆偏振选择性的全息复用。

技术领域

本发明涉及一种多平面全息复用方法，尤其涉及一种基于贝里相位超颖表面的3D-Fienup全息复用方法，属于微纳光学和全息复用应用技术领域。

背景技术

全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术。通常，全息图记录的并不是一幅图像，而是看似“随机分布”的一系列振幅和相位的分布。全息图的记录可由物体表面的散射光与参考光束相干涉得到；而全息图的再现只需利用参考光波照射全息图，即可重构出虚拟的三维信息。近年来，基于全息技术的应用研究取得很大发展，在立体显示、干涉测量、数据存储、医疗成像、遥感成像、图像处理和识别等方面具有广泛的应用。

超颖表面通常是由亚波长尺寸的周期、准周期或随机排列的纳米天线阵列构成，其厚度远小于光波长。通过对超颖单元的设计，使其产生强烈的电磁辐射，对辐射场的相位、振幅、偏振等进行人为调控，基于这样的纳米天线阵列可逐点调控出射光场的波前，从而产生特殊的近远场光学效应。与体超颖材料相比，超颖表面的二维特性能够减小光场与其相互作用的欧姆损耗以及结构对微纳加工工艺的挑战。超颖表面最显著的优点包括：超薄化、超小像素和宽带特性，因此，超颖表面作为一种新型的、紧凑的相位调制器件，有可能在光存储、集成光电子学和量子信息处理等领域获得重要的应用。

当前，全息技术中的一个前沿热点领域是将全息原理与微纳光学结合，使全息器件微型化，用以增大信息容量、实现更好的波前操纵等。近些年已报道一些研究成果，如基于表面等离激元记录和显示全息图像、光束整形、数据存储、全息显微成像等。在这一背景下，基于超颖材料或超颖表面实现全息的方案也被陆续提出。已报道的超颖表面研究工作缺乏对光场振幅和相位的独立调控，且器件制备需要依赖于复杂的微纳加工工艺，难以实现可见光波段的全息应用。因此，有必要研究一类新型的超颖表面，利用其简洁的相位调控机理，实现可见光波段的三维相位全息，并克服传统全息面临的挑战，如带宽窄、视场角小、存在多级衍射级次串扰、零级背景光和孪生像等问题。

为了提高全息图的容量，在不增加像素数目的情况下，在一张全息图内同时记录两个或者多个物体的技术称之为全息复用技术。通常需要构造新的编码单元，例如对迂回相位计算全息图，在一个编码单元内绘制4个小的矩孔，引入多个自由参数，分别记录多个物体的频谱，增加了编码单元设计的复杂性。

由于必须同时考虑全息图的再现质量和信息容量两个方面，目前只有少数全息复用算法被提了出来。现有的全息复用算法一般将不同再现像对应的波前直接叠加在一起，而这会导致出现较大的串扰。另一方面，现有的全息复用算法只能重构少量的图像，信息容量较小，无法满足诸如信息存储和加密等实际应用的需要，且运算量较大，速度慢，远远无法满足实时性的要求。

发明内容

针对现有全息复用技术存在的下述技术问题：串扰较大、信息容量较小、运算量较大、不能满足实际应用需要。本发明公开的基于贝里相位超颖表面的多平面全息复用方法要解决的技术问题是：提供一种可见光和近红外波段的亚波长像素、超薄、大视场角、大容量的全息复用方法，此外，所述的全息复用方法能够有效降低不同再现像之间的串扰，并且能够实现圆偏振选择性的全息复用。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：