[发明专利]一种基于微纳起偏器阵列超表面的三通道图像显示方法

权利要求书

1.一种基于微纳起偏器阵列超表面的三通道图像显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)构建具有两种单元结构用于形成超表面；其中，所述单元结构为两层或三层结构，两层包括基底和设置于其上的纳米砖，三层结构从下到上依次为基底、介质层和纳米砖；所述超表面由多个单元结构周期性阵列于一平面形成；单元结构中纳米砖呈旋向角α设置于基底或介质层上；

(2)采用电磁仿真工具，设置工作波长对单元结构的尺寸参数进行优化，使得两种单元结构在该工作波长下作为微纳起偏器工作，并在整个可见光波段产生两种具有差别的透反射光谱响应；

(3)利用两种单元结构在可见光照射下产生的两种颜色构建通道1；

(4)设计双色图案，将其颜色信息转化为两种单元结构的排布，以实现通道1显示双色图案；

(5)利用两种单元结构作为微纳起偏器，在单元结构入射端、出射端分别设置起偏器和检偏器，选定起偏器、检偏器的偏振态组合，当一束工作波长的线偏光依次经过起偏器、纳米砖单元结构以及一个检偏器时，出射光的光强会受到调制，可对出射光光场的光强分布进行灵活设计，实现通道2的连续灰度图像显示；

(6)设计连续灰度图像，将其灰度信息转换为单元结构的旋向角排布，以实现通道2显示该连续灰度图像；

(7)继续利用两种单元结构作为微纳起偏器，当一束工作波长的圆偏光经过纳米砖单元结构器时，出射光的相位会受到调制，可对出射光光场的相位分布进行灵活设计，实现通道3的全息图像显示；

(8)设计相位型全息图像，基于纳米砖的角度简并性，将其相位信息转换为单元结构的旋向角排布，并保持通道2连续灰度图像信息不变，以实现通道3显示该全息图像；

(9)完成超表面的构建，通过改变超表面工作状态实现三种通道的切换，以实现三种图像的显示；在宽带光源照射下以通道1工作，在加入额外起偏器、检偏器以及工作波长的窄带光源下以通道2工作，在工作波长的激光照射下以通道3工作。

2.根据权利要求1所述的基于微纳起偏器阵列超表面的三通道图像显示方法，其特征在于：所述步骤(1)中纳米砖、介质层和基底均为长方体结构；其中基底和介质层横截面为正方形；两种单元结构的基底尺寸相同，纳米砖尺寸不同。

3.根据权利要求1所述的基于微纳起偏器阵列超表面的三通道图像显示方法，其特征在于：所述两层单元结构的基底由折射率低且透明光学材料构建，材料包括MgF₂、Al₂O₃、SiO₂，纳米砖的材料包括TiO₂、Si、Ag、Au、Cu、Al；所述三层单元结构的基底由不透光材料构建，包括Si和Ag、Au、Cu、Al，介质层由低折射率且透明的电介质构建，包括MgF₂、Al₂O₃、SiO₂，纳米砖的材料包括TiO₂、Si、Ag、Au、Cu、Al。

4.根据权利要求1所述的基于微纳起偏器阵列超表面的三通道图像显示方法，其特征在于：所述步骤(1)中所述步骤(2)中尺寸参数包括纳米砖长L、宽W、高H和介质层厚度d、横截面边长CS。

5.根据权利要求1所述的基于微纳起偏器阵列超表面的三通道图像显示方法，其特征在于：所述步骤(2)中优化目标为：两种单元结构反射光谱响应区别较大，且特定波长设计下的线偏光垂直入射时，出射光中p波的反射率最高、s波的反射率被抑制至最低，两种单元结构在设计波长下的透反射率相等。

6.根据权利要求1所述的基于微纳起偏器阵列超表面的三通道图像显示方法，其特征在于：所述步骤(4)中双色图像信息转换为纳米砖排布的方法如下：利用两种单元结构在可见光波段具有两种不同的透反射光谱响应，当使用一束任意偏振态的宽光谱光源照射两种单元结构共同构造的超表面样片时，可在其反射近场处观察到两种不同颜色，通过设计单元结构的排布规律实现两种颜色的一一对应以实现通道1中存储该双色图案信息。