[发明专利]超表面θ调制器件

权利要求书

1.一种整合了聚焦透镜和多色编码器的超表面θ调制器件，其特征在于该器件按照广义折射定律的相位梯度要求，由利用几何相位调控原理精确排布的不同旋转角度的介质纳米柱和衬底构成，该器件在直角坐标系下的相位分布为：

其中：λ是入射光波长，f是设计的焦距，是器件上任意一点到器件中心的距离，θ是调制角度，是调制的方位角。

当圆偏振光垂直从器件衬底入射时，该器件将不同波长的出射光信息按空间方位记录到同一焦平面上，实现对景物的θ调制编码。

2.根据权利要求1所述的超表面θ调制器件，其特征在于构成该器件的介质的纳米柱及衬底单元具有无色散的几何相位调控功能。当圆偏振光从衬底垂直入射单元，出射光可表示为：

其中：入射圆偏振光t_x、t_y分别为介质柱材料两个主轴的复透射振幅，α分为纳米柱的旋转角度，+和-分别表示左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。出射光一部分与入射光偏振态相同，另一部分与入射光偏振态相反，并且具有一个非连续相位调制：Φ＝±2α。通过从0到π旋转角α，其交叉偏振光(与入射圆偏振光的旋向相反)的相位可以覆盖整个0到2π范围。这种交叉偏振光的相位调制是无色散的，相位调制不随波长的变化而变化，只和纳米柱旋转的角度α有关，保证该器件在宽带使用中的效率。

3.根据权利要求1或2所述的超表面θ调制器件，其特征在于可选取多个调制角度θ。通过改变纳米柱长宽及衬底尺寸能够得到对不同波长响应的单元，将多个单元构成元胞组合成超表面θ调制器件，选择响应波长λ和调制角度θ，按照该器件的相位分布排布纳米柱的位置和旋转角度α，可实现多个θ角度的调制。

4.根据权利要求1或2所述的超表面θ调制器件，其特征在于同时具备多色编码器的编码功能和透镜的聚焦功能，并且该器件厚度在波长量级。

5.根据权利要求1或2所述的超表面θ调制器件，其特征在于介质的纳米柱和衬底的折射率在响应波长存在较大差异，纳米柱采用大折射率材料，如：氮化镓、二氧化钛、氮化硅、硅等。