[发明专利]一种基于微纳半波片的多功能超表面

权利要求书

1.一种基于微纳半波片的多功能超表面，其特征在于，由基底和刻蚀在其上的纳米砖阵列构成，对光波同时进行偏振调制和相位调制，在近场产生高分辨率的连续灰度图像，在远场产生全息图像，多功能超表面采用SOI材料，即硅-二氧化硅-硅的材料结构，顶层的硅用以刻蚀纳米砖阵列，底层二氧化硅-硅作为基底，多功能超表面的每个纳米单元结构等效为半波片，当以线偏光入射时，若入射线偏光的偏振方向与纳米砖长轴方向夹角为θ/2，则出射线偏光的偏振方向与入射线偏光的偏振方向的夹角为θ，所述的出射线偏光通过检偏器后符合马吕斯定理，即

I＝I₀cos²θ

其中，I₀为经多功能超表面后出射线偏光光强，I为经检偏器后出射线偏光的光强，可以通过改变θ的大小实现任意的灰度调节，假设入射线偏光为x线偏光，为得到偏振方向与x线偏光的偏振方向夹角为|θ|的出射线偏光，纳米砖的转向角可为θ/2、-θ/2、90°+θ/2、-90°-θ/2四种角度，由此可在出射线偏光光强相同的情况下获得四种相位调控量的设计自由度，由于每个纳米砖具有四种相位调控的自由度，结合模拟退火算法，可利用相位调控量将所述多功能超表面设计为一个全息片，在远场实现全息显示，当线偏光入射多功能超表面时，其光强和偏振方向均被调制后作为反射光出射，通过对纳米砖阵列的转向角分布进行设计，使反射光在近场显示一个高分辨率的连续灰度图像；将多功能超表面产生的近场高分辨率的连续灰度图像和远场全息图像中任意一个图像作为加密信息，可以实现加密显示，基底可划分为多个纳米单元结构，每个纳米单元结构均由一个边长为C的正方形的工作面和该工作面上刻蚀的一个纳米砖构成，所述的纳米砖结构尺寸长L、宽W、高H，根据入射光波长，通过电磁仿真优化得到，且均为亚波长级，以正方形的两个直角边为x轴和y轴建立xoy坐标系，纳米砖长边为长轴、短边为短轴，纳米砖的长轴与x轴夹角φ为纳米砖的转向角。

2.根据权利要求1所述的基于微纳半波片的多功能超表面，其特征在于，多功能超表面中每个纳米单元结构的功能等效为一个半波片，其功能可表示为：

其中，φ为纳米砖的转向角，设相位改变量为则以圆偏光入射时，出射一个带有2φ相位改变量的交叉偏振的圆偏光。