[发明专利]一种具有双图显示功能的微纳波片阵列及其构建方法

权利要求书

1.一种具有双图显示功能的微纳波片阵列的构建方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）采用电磁仿真法，以工作波长的线偏振光垂直入射纳米结构单元，在工作波长下扫描所述纳米结构单元的结构参数，得到工作面和纳米砖阵列中多种纳米砖的几何参数，所述几何参数包括工作面的边长C以及纳米砖的长边L、宽边W、高H的尺寸，得出若干单元结构长短边透过率相同，相位差可覆盖0至π的范围；

2）利用电磁仿真得到当偏振方向沿纳米砖长边L方向的光波入射时，透射光的相位改变量为φ_l，当偏振方向沿纳米砖宽边W方向的光波入射时，透射光的相位改变量为φ_s，则纳米结构单元等效的波片快慢轴相位差为φ_l-φ_s，当θ=0时该纳米结构单元琼斯矩阵为

；

当入射光偏振方向与x轴夹角为0时，入射光通过纳米砖转角为θ的纳米结构单元后，由检偏方向沿y轴的检偏器检偏，得到的光场琼斯矩阵为

，

即出射光光强为

，

此种情况为第一工作模式；

当入射光偏振方向与x轴夹角为-π/4时，入射光通过纳米砖转角为θ的纳米结构单元后，由检偏方向与x轴夹角为π/4的检偏器检偏，得到的光场琼斯矩阵为

，

即出射光光强为

，

此种情况为第二工作模式；

根据计算可得，两种工作模式下光强之和为

，

当波片快慢轴相位差在0至π的范围内变化时，I的取值范围为0至1；

3）选取两幅灰度图像，按照两幅图像对应像素灰度之和的最大值进行归一化，得到两幅图像灰度分布分别为I₁、I₂，即max(I₁+I₂)=1；

4）按照I₁+I₂的值选取纳米砖阵列中每个纳米结构单元的快慢轴相位差，使I=I₁+I₂；

5）设定纳米砖阵列中每个纳米结构的θ值，使sin²2θ= I₁/(I₁+I₂)；

6）当按照第一工作模式工作时，能显示出灰度分布为I₁的图像；当按照第二工作模式工作时，能显示出灰度分布为I₂的图像；

所述具有双图显示功能的微纳波片阵列包括多个纳米结构单元，所述纳米结构单元包括方形的工作面和刻蚀在所述工作面的纳米砖，将平行于所述工作面相邻两条边的方向分别定义为x轴和y轴建立xoy坐标系，将所述纳米砖与工作面平行的面的相邻两条边分别定义为长边L和宽边W，所述纳米砖的转向角为纳米砖的长边L与x轴的夹角θ，多个所述纳米结构单元中的纳米砖以不尽相同的尺寸在多个所述工作面上排列形成纳米砖阵列，所述纳米砖阵列中每个纳米结构单元等效为一个波片，波片快慢轴相位差可以实现0到π内任意值。

2.根据权利要求1所述的具有双图显示功能的微纳波片阵列的构建方法，其特征在于：所述工作面采用二氧化硅材料制成，所述纳米砖阵列采用二氧化钛材料制成。

3.根据权利要求1所述的具有双图显示功能的微纳波片阵列的构建方法，其特征在于：所述纳米砖阵列中每个纳米砖的高度相同，长度和宽度不尽相同。

4.根据权利要求1所述的具有双图显示功能的微纳波片阵列的构建方法，其特征在于：所述纳米砖的长边L、宽边W以及高H的尺寸均为亚波长级。