[发明专利]一种可实现非互易性功能的超表面

说明书

本发明公开了一种可实现非互易性功能的超表面。该超表面由多个单元结构周期性阵列于一平面构成；所述单元结构包括第一、二纳米砖及基底层；基底层为具有正方形上下表面的片层结构，第一、二纳米砖分别设置于基底层上下表面；第一纳米砖起到透射式半波片的功能；第二纳米砖起到透射式起偏器的功能；借助线起偏器，该超表面可分别对从第一纳米砖和第二纳米砖垂直入射的透射光实现独立强度调制。本发明提供的超表面对分别从第一、二纳米砖入射的透射光具有独立强度调制能力，可以在两个透射空间产生两个独立的高分辨率的灰度图像，即实现了非互易性。该超表面可应用于高端显示、虚拟现实、增强现实等领域，为未来的安全技术提供一种新的方法和途径。

技术领域

本发明涉及微纳光学及图像显示领域，尤其涉及一种可实现一种可实现非互易性功能的超表面。

背景技术

超表面作为一种超薄的亚波长结构，具有传统光学元件无法比拟的空间分辨率高、衍射角大、光波操控能力强等优势，可以用来设计全息片、透镜、光栅等平面光学器件。目前超表面材料可以大致分为两类，一类工作模式为透射，另一类工作模式为反射。对于反射式超表面材料，由于其仅仅只能工作在某一个反射空间，因此不具有互易性也不具有非互易性。对于透射式超表面材料，由于其对于先入射至纳米砖再经过基底的光和先入射至基底再经过纳米砖的光具有一样的操控效果，因此透射式超表面材料具有互易性。非互易性的超表面不仅有利于扩大信息容量、为信息复用提供一种新的方式，还可为高端显示、虚拟现实、增强现实等领域提供一种新的技术方案。因此，非互易性的超表面具有很好的应用发展前景。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可实现非互易性功能的超表面。该超表面由单元结构组成，单元结构包括基底层及设置于其上下表面的第一、二纳米砖，超表面结构简单，易于加工，通过对单元结构的优化设计，借助起偏器能够分别实现对从第一、二纳米砖垂直入射的透射光进行独立强度调制，进而能够将独立设计的两幅高分辨率灰度图像分别形成在不同的透射空间，即实现非互易性。

本发明提供的技术方案如下：

一种可实现非互易性功能的超表面，由多个单元结构周期性阵列于一平面构成；

所述单元结构包括第一、二纳米砖及基底层；所述第一纳米砖具有相同的几何尺寸；所述第二纳米砖也具有相同的几何尺寸；

基底层为具有正方形上下表面的片层结构，第一、二纳米砖分别设置于基底层上下表面；第一纳米砖起到透射式半波片的功能；第二纳米砖起到透射式起偏器的功能；

通过对单元结构参数的的优化，该超表面结合起偏器可分别对从第一纳米砖和第二纳米砖入射的透射光实现独立强度调制，以在不同透射空间各形成一个独立的高分辨率的灰度图像。

具体的，所述参数包括基底层上下表面边长为C，第一纳米砖长L1、宽W1、高H1，第二纳米砖长L2、宽W2、高H2，第一纳米砖的转向角θ1和第二纳米砖转向角θ2。

具体的，所述基底厚度和第一、二纳米砖的长宽高为亚波长量级。

具体的，以基底层上下表面的直角边为x轴和y轴，顶点为原点，第一、二纳米砖长边均为长轴、短边为短轴，第一纳米砖的长轴与x轴的夹角为θ1，第二纳米砖的短轴与x轴的夹角为θ2。每个纳米砖的转向角均可独立设置。

具体的，当强度为I₀的入射光依次经过偏振方向为α₁的起偏器、第一纳米砖、基底层和第二纳米砖时，其透射光强度由下式说明：

其中第一纳米砖起到透射式半波片的功能，第二纳米砖起到透射式起偏器的功能，则透射光的强度为I₁＝I₀[cos(2θ1-θ2-α₁)]²。