[发明专利]基于双折射介质超颖表面的多通道矢量全息偏振复用方法

权利要求书

1.基于双折射介质超颖表面的多通道矢量全息偏振复用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：用于实现全息偏振复用的超颖表面是由具有矩形截面的不同几何尺寸、不同方位角的纳米柱阵列构成；通过改变纳米柱单元几何尺寸以及方位角，使超颖表面对出射光束的相位和偏振态进行任意地调控；所述的几何尺寸包括纳米柱的长轴长度L、短轴长度W、高度H以及超颖表面单元的周期P；

步骤二：利用GS算法得到t_xx，t_xy和t_yy三幅原图各自对应的全息图；其中，第三幅全息图与前两幅全息图有确定地相位关系，但能够再现完全不相关的图像信息；根据所得全息图，编码确定纳米柱单元的几何尺寸以及方位角，从而生成相应介质超颖表面结构的加工文件；

步骤三：利用步骤二所得介质超颖表面结构的加工文件，通过电子束刻蚀的微纳加工方法，制备透射型介质超颖表面；通过对入射光束和出射光束偏振态的选择，实现十二个不同偏振通道的七种不同偏振图像组合和复用。

2.如权利要求1所述的基于双折射介质超颖表面的多通道矢量全息偏振复用方法，其特征在于：还包括步骤四：将所述基于双折射介质超颖表面的多通道矢量全息偏振复用方法应用于矢量全息、动态全息显示、可调光学设备、信息存储、光学防伪、光学加密的应用场合，解决相关工程问题。

3.如权利要求1或2所述的基于双折射介质超颖表面的多通道矢量全息偏振复用方法，其特征在于：步骤一具体实现方法为，

用于实现全息偏振复用的超颖表面是由不同几何尺寸、不同方位角的纳米柱阵列构成；超颖表面中每个像素所对应的入射与出射光束的电场可通过琼斯矩阵的方法联系起来；

出射光束的琼斯矢量如公式(1)所示：

当超颖表面的透射率较高时，琼斯矩阵T可视为一个对称的酉矩阵；此时，琼斯矩阵T应满足如公式(2)所示的对称及归一化条件：

超颖表面单元对出射光场的相位和偏振的调控可通过琼斯矩阵T来表示；同时，琼斯矩阵T可分解为它的本征矩阵与旋转矩阵乘积的形式，如公式(3)所示：

式中，矩阵Δ为矩阵T的本征矩阵，酉矩阵V可视为旋转角度为θ的旋转矩阵；若可对沿x轴和y轴的相位改变φ_x和φ_y以及旋转角度θ进行任意的选择，利用双折射介质超颖表面即可实现对出射光场相位和偏振的任意调控；

在纳米柱高度H和周期P固定的情况下，扫描仿真纳米柱的长轴长度L和短轴长度W；由仿真所得电场数据计算出x方向线偏振光通过不同尺寸的纳米柱后的相位φ_x以及透射强度t_xx；同理，在y方向线偏振光入射时，得到对应的相位φ_y以及透射强度t_yy；仿真时应对纳米柱高度H，周期P，入射波长以及纳米柱材料进行合理的选择，使相位φ_x和φ_y能够覆盖0～2π，同时t_xx与t_yy应尽量接近于1，越接近于1超颖表面调控出射光束偏振和相位的效果越好；通过改变纳米柱单元几何尺寸以及方位角，使超颖表面对出射光束的相位和偏振态进行任意地调控。