[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

说明书

本发明公开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，属于微纳光学和全息复用应用技术领域。本发明实现方法如下：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；利用GS算法得到不同的相互独立的原图所各自对应的全息图；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；采用电子束刻蚀的微纳加工工艺加工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。

技术领域

本发明涉及一种多通道矢量全息偏振复用方法，尤其涉及基于双折射介质超颖表面的多通道全息偏振复用方法，属于微纳光学和全息复用应用技术领域。

背景技术

超颖表面通常是由单层亚波长尺寸的金属或介质纳米天线阵列构成。由于它具有任意调制入射电磁波的相位、振幅和偏振的功能而引起了研究人员广泛的关注。传统光学元件是通过光在传播过程中的相位累积来调控光场的，而超颖表面则提供了一种通过光与纳米天线的相互作用来调控光场特性的新方法。通过调节纳米天线阵列的几何形状、尺寸和空间方位角，能够灵活调控入射光的波面。由于超颖表面提供了光场调控的新方法和灵活性，近些年来，研究人员将超颖表面应用于光束整形、非线性光学、涡旋光束的产生、隐身斗篷以及全息等领域。伴随着微纳加工工艺的进步，超颖表面在全息领域展现出了独特的应用前景。相比于基于空间光调制器的传统全息方法，基于超颖表面产生的全息再现像的分辨率和再现质量得到了极大地提高，可以克服传统全息所面临的诸如带宽窄、视场角小、存在多级衍射级次串扰、孪生像等挑战。同时，基于超颖表面的全息方法能够克服自然界材料(如空间光调制器、光刻胶)对偏振不敏感，仅能实现标量全息的限制。

为了提高全息图的容量，在不增加像素数目和空间占用的情况下，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。基于超颖表面的全息复用方法主要包括波长复用(彩色全息)、偏振复用以及混合复用三大类。近些年来，研究人员提出了许多全息偏振复用的方法。利用两个互相垂直的金属纳米天线的偏振选择激发，实现了双通道全息偏振复用。基于贝里相位的原理，由两组独立纳米天线阵列构成的反射式超颖表面提供了一种宽带、入射圆偏振光旋向复用的全息偏振复用方法，但此方法存在着串扰噪声。此外，利用由介质纳米椭圆柱或矩形柱构成的双折射介质超颖表面，可以实现高效率的透射型全息偏振复用。然而，在上述方法中仅利用了正交偏振态实现双通道，通过改变入射光束的偏振态，只能实现两个独立的再现像之间的转换，并没有完全利用所有的入射和出射光的偏振通道。因此，限制了全息图信息容量的进一步提高。

发明内容

本发明公开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要解决的技术问题为：将多幅全息图编码到同一超颖表面，每个超颖单元仅由单个纳米柱构成，区别于传统的空间复用引起不同通道之间的串扰，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，能够极大地提高全息图的信息容量。进一步，本发明能够应用于矢量全息、动态全息显示、可调光学设备、信息存储以及光学防伪和光学加密等应用场合。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开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，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。利用GS算法得到不同的相互独立的原图所各自对应的全息图，该全息图分布具有相互关联的相位关系。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。采用电子束刻蚀的微纳加工工艺加工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。

本发明公开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，包括如下步骤：