[发明专利]一种基于超颖表面复振幅调制的衍射级次选择性激发方法

权利要求书

1.一种基于超颖表面复振幅调制的衍射级次选择性激发方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：通过改变超颖表面纳米矩形柱的结构尺寸实现振幅调制；

步骤二：确定超颖表面纳米矩形柱方位角θ，实现目标光场的相位调制；

步骤三：基于超颖表面实现在单个像素内进行任意的复振幅调控；

步骤四：确定超颖表面的周期，将选定的所有衍射级次对应的傅里叶级次进行叠加，并据此设定超颖表面各单元结构的复振幅信息，即实现对空间传播衍射级次的选择性激发；

通过步骤一改变纳米矩形柱的尺寸实现振幅调制，通过步骤二确定纳米矩形柱方位角θ实现目标光场的相位调制，并通过步骤三实现对单个像素结构的复振幅调控；对于各选定的衍射级次，其傅里叶展开式的叠加结果可表示为

其中p,q为二维方向上的衍射级次，d_x，d_y为两个方向的周期；根据“META”的图案分布选择对应的各个衍射级次；p,q的值分别在-5至5和-7至7之间；由于据此所选的对应结果各级次的最大值在同一位置重叠，即对于任意的m,n,当(x,y)＝(nd_x/p,md_y/q)时，U＝1；这里，该点所对应的值远大于其他位置的数值，因此不利于进行归一化的振幅调制；对各级次进行微小的相位平移，即

其中l_c为纳米结构的像素间距；之后，根据公式(2)的振幅和相位值分别选定对应的纳米柱尺寸，并确定所对应的方位角；即可实现衍射级次的选择性激发。

2.如权利要求1所述的一种基于超颖表面复振幅调制的衍射级次选择性激发方法，其特征在于：还包括步骤五：通过步骤一至步骤四实现的一种基于超颖表面复振幅调制的衍射级次选择性激发方法，对传播场振幅和相位进行任意的调制，对二维空间的衍射级次进行任意的选择，应用于光束整形、激光并行加工以及微纳光学检测等领域解决实际工程问题。

3.如权利要求1或2所述的一种基于超颖表面复振幅调制的衍射级次选择性激发方法，其特征在于：步骤一具体实现方法为，

所述的超颖表面通过介质材料的纳米矩形柱结构实现；在相同的入射波长及入射偏振的条件下，若保持纳米矩形柱方位角θ相同，调节纳米矩形柱几何尺寸能够引起相反旋向透射光复振幅的变化；不同长度和宽度的纳米矩形柱的复振幅透过率通过两个垂直方向的线偏振光入射的结果计算得出。

4.如权利要求3所述的一种基于超颖表面复振幅调制的衍射级次选择性激发方法，其特征在于：步骤二具体实现方法为，

根据贝里相位原理，当某一旋向的圆偏振光入射时，经各向异性的纳米矩形柱作用后，选取相反旋向的圆偏振透射光，对应偏振态演变的始末状态分别位于邦加球的北极和南极；在外加电场作用下，两个方位角θ不同的纳米矩形柱结构分别产生与本身方位角对应的电极化响应，偏振方向与纳米矩形柱的长轴平行，因此两种对应的电极化响应存在着不同的演化路径；虽然始末状态相同，但所述的两个纳米矩形柱的散射场的相位不同，相位差等于邦加球上两条演化路径包含的空间立体角的一半；因此，根据上述原理，当左旋或右旋的圆偏振光入射时，相反旋向的透射光的相位偏移为纳米矩形柱方位角的二倍。

5.如权利要求4所述的一种基于超颖表面复振幅调制的衍射级次选择性激发方法，其特征在于：步骤三具体实现方法为，

对于预设不同的振幅值，对应的不同尺寸的纳米矩形柱在实现振幅调制的同时会附带额外的相位变化，通过数值模拟得到额外相位变化量；通过相反方向旋转纳米矩形柱的单元结构，附加的补偿相位α_c对上述额外的相位变化进行补偿，即能够使不同长度的纳米矩形柱结构得到相同的初始相位；而根据上述贝里相位原理，不同的方位角会导致散射场产生不同的相位突变；将上述补偿方位角α_c与贝里相位相结合实现任意的相位调制；最终所得的纳米矩形柱振幅调制由纳米矩形柱的长度和宽度决定，其方位角θ正比于贝里相位和补偿相位α_c的叠加值，即根据公式(3)确定纳米矩形柱方位角θ，根据确定的纳米矩形柱方位角θ实现目标光场的相位调制，进而实现复振幅调制；

θ＝(α-α_c)/2 (3)

其中：α为目标光场的相位值，α_c为补偿相位，其数值等于不同截面尺寸的纳米矩形柱相反旋向透射复振幅的相位变化。