[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

说明书

本发明公开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，属于微纳光学领域。本发明通过改变超颖表面纳米矩形柱的结构尺寸，获得目标光场的振幅和动态相位信息，通过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；将振幅与相位信息相结合，从而实现在单个像素内进行任意的复振幅调控；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，据此设定超颖表面各单元结构的复振幅信息，实现对空间传播衍射级次的选择性激发。本发明具有对目标光场的振幅值进行分阶处理，目标光场相位能够连续变化的优点。本发明能够降低超颖表面设计和加工的复杂程度，广泛应用于光场整形、激光并行加工以及微纳光学检测等领域。

技术领域

本发明涉及一种衍射级次独立选择性激发方法，尤其涉及一种基于介质超颖表面复振幅调制的产生方法，属于微纳光学领域。

背景技术

超颖表面是一类利用人造微纳结构设计实现自然界中不存在的物理特性的平面人造电磁材料，通过亚波长尺寸的纳米天线、谐振腔等结构单元的强烈光学响应改变局部光场响应，从而实现亚波长像素的波前调制。与传统的利用光程积累实现相位改变不同，超颖表面可以在远小于波长的结构上实现相位的突变。此外，超颖表面也可以实现振幅、偏振态、角动量、波矢等其他的光学参量的调控。基于超颖表面的器件和应用研究已经涉及诸多方面，包括平面超透镜、超颖材料波带片、分束器、可调控表面等离激元分束器，以及高分辨率三维全息成像等。

衍射光栅是一种实现光束控制的有效途径。通过光栅周期和占空比的设计，基于光栅方程和严格矢量分析理论，可以实现截止级次内的连续衍射级次激发和特定的能量分布。达曼光栅在传统光栅的基础上进行了改进，通过对光栅周期内划分的每个独立单元进行相位优化，可以实现一维和二维光束阵列，并实现能量的均匀分布或特定的比例分布。然而，这种基于优化算法的设计方法无法实现对未选择级次的完全抑制，因此无法实现对每个级次的独立控制。同时，这种单纯的相位调制难以实现较高的衍射效率。一种可行的解决方法是改变纯相位调制的方法，同时对振幅和相位进行复振幅调制。在尺寸上，传统的达曼器件也无法应用于集成化的光学系统，部分相关的研究已经开始尝试将达曼优化方法与超颖表面相结合，用以生成二维点阵和涡旋阵列。

发明内容

为了解决现有技术中存在无法实现衍射级次独立可选择性激发的问题，本发明公开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要解决的技术问题为实现对空间传播衍射级次的选择性激发。

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明公开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，通过改变超颖表面纳米矩形柱的结构尺寸，获得目标光场的振幅和动态相位信息，通过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。将振幅与相位信息相结合，从而实现在单个像素内进行任意的复振幅调控。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。

本发明公开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，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。

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，若保持纳米矩形柱的方位角相同，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。所述的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。

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。