[发明专利]基于叠层超表面实现双通道纳米印刷和双通道全息的方法

权利要求书

1.一种基于叠层超表面实现双通道纳米印刷和双通道全息的方法，其特征在于，包括如下步骤：

构建超表面单元结构，所述超表面单元结构包括基底、设置在所述基底的第一工作面上的第一纳米砖以及嵌于所述基底中的第二纳米砖，所述第一纳米砖与所述第一工作面形成第一纳米砖单元结构，所述第二纳米砖沉积在所述基底内的第二工作面上，所述第二纳米砖与所述第二工作面形成第二纳米砖单元结构，所述第一纳米砖单元结构和所述第二纳米砖单元结构对应设置，以平行于所述基底第一工作面的两条边的方向分别设为x轴和y轴建立xoy坐标系，所述第一纳米砖上与所述第一工作面平行的面上具有长轴L₁和短轴W₁，所述第二纳米砖上与所述第一工作面平行的面上具有长轴L₂和短轴W₂，所述第一纳米砖转向角θ₁为所述第一纳米砖的长轴L₁与x轴方向的夹角，所述第二纳米砖转向角θ₂为所述第二纳米砖的长轴L₂与x轴方向的夹角；

优化得到所述第一纳米砖单元结构和所述第二纳米砖单元结构的结构参数；

构建超表面结构阵列，所述超表面结构阵列包括多个所述超表面单元结构，以强度为I₀、偏振方向为α₁的线偏振光依次入射至第一纳米砖单元结构、所述基底和所述第二纳米砖单元结构，得到在此工作模式下的透射光强I₁与所述线偏光偏振方向α₁、第一纳米砖转向角θ₁和第二纳米砖转向角θ₂之间的第一函数关系；以强度为I₀、偏振方向为α₂的线偏振光依次入射所述第二纳米砖单元结构、所述基底以及所述第一纳米砖单元结构，得到该工作模式下的透射光强I₂与所述线偏振光的偏振方向α₂、第一纳米砖转向角θ₁和第二纳米砖转向角θ₂之间的第二函数关系；设计以强度为I₀、偏振方向为α₁的线偏振光依次入射所述第一纳米砖单元结构、所述基底和所述第二纳米砖单元结构其在所述叠层超表面结构阵列的近场产生第一图像，再设计强度为I₀、偏振方向为α₂的线偏振光依次入射所述第二纳米砖单元结构、所述基底以及所述第一纳米砖单元结构其在所述超表面结构阵列的近场产生第二图像，根据第一图像和第二图像的光强分布要求以及第一函数关系和第二函数关系蕴含的非单调性，得出具有四种自由度的所述第一纳米砖转向角θ₁和所述第二纳米砖转向角θ₂；之后设计以圆偏振光依次入射所述第一纳米砖单元结构、所述基底和所述第二纳米砖单元结构其在所述超表面结构阵列的远场产生第三图像，再设计以圆偏振光依次入射所述第二纳米砖单元结构、所述基底以及所述第一纳米砖单元结构其在所述超表面结构阵列的远场产生第四图像，根据第三图像和第四图像的相位分布要求、琼斯矩阵公式以及前述得到的四种自由度的所述第一纳米砖转向角θ₁和所述第二纳米砖转向角θ₂计算求出所述超表面结构阵列中每个所述超表面单元结构中的所述第一纳米砖转向角θ₁值和所述第二纳米砖转向角θ₂值，最后将所述超表面结构阵列中的每个所述超表面单元结构上的所述第一纳米砖和所述第二纳米砖按得到的各位置处对应的所述第一纳米砖转向角θ₁值和所述第二纳米砖转向角θ₂值进行排布，从而获得能产生实现双通道纳米印刷和双通道全息的超表面材料。

2.如权利要求1所述的基于叠层超表面实现双通道纳米印刷和双通道全息的方法，其特征在于，优化得到以工作波长入射时其功能等效为起偏器的第一纳米砖单元结构的结构参数以及优化得到以工作波长入射时其功能等效为半波片的第二纳米砖单元结构的结构参数。