[发明专利]一种基于超表面材料的近远场双通道图像显示方法

权利要求书

1.一种基于超表面材料的近远场双通道图像显示方法，其特征在于包括以下过程：

1)超表面由多个纳米砖结构单元阵列于一平面上构成，利用纳米砖结构单元的出射光强调制函数和二维码图像的灰度信息，得到出射光强与纳米砖结构单元的转向角在[0,180°]取值范围内的对应关系；

2)利用纳米砖结构单元在超表面的近场编码一幅二维码图像，由于二维码具有识别和检测的冗余度，将编码得到的二维码图像中的白像素引入一些噪点使其灰度值转变为(0，1]之间的噪点像素，二维码图像依旧能够被识别和检测出来，得到调制后的二维码图像；

3)由于出射光强调制函数具有冗余度，也即是出射光强调制函数在纳米砖转向角[0,180°]取值范围内为非单调函数，同一个出射强度对应多个纳米砖转向角；按照步骤2)的方法利用纳米砖结构单元的出射光强调制函数实现调制二维码图像的编码，在二维码图像中引入噪点像素，使二维码图像中白像素的灰度值类型变多，并对应引入得到多种纳米砖转向角的候选信息；当圆偏振光入射时，相应地引入多种几何相位分布的候选信息；

4)基于全息设计冗余度，同一种全息图像对应多种几何相位分布；以全息设计的保真度和二维码图像的保真度为评价指标，利用模拟退火优化算法，从多种候选的纳米砖转向角取值中挑选出最适合的一种噪点引入方式，从而实现近场二维码图像和远场无孪生像的全息图像的设计和实现。

2.如权利要求1所述的一种基于超表面材料的近远场双通道图像显示方法，其特征在于所述纳米砖结构单元包括透明基底和纳米砖，透明基底放置于所述平面上，纳米砖沉积于透明基底上；纳米砖结构单元的转向角为θ，θ取值范围为[0，π]；所述透明基底沉积有纳米砖的一面为边长为C的正方形工作面，边长C为亚波长级；所述纳米砖长L、宽W和高H均为亚波长级；所述L、W和H根据选定的入射光波长通过电磁仿真优化得到；以单元结构直角边为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轴夹角为纳米砖的转向角θ；

所述的透明基底为熔融石英玻璃材料，所述的纳米砖的材料包括金、银、铝或硅。

3.如权利要求1所述的一种基于超表面材料的近远场双通道图像显示方法，其特征在于步骤1)中，通过设计纳米结构单元的几何尺寸或者设置引入起偏器和检偏器的偏转角度，获得出射光强与转向角θ之间的函数关系，即出射光强调制函数为cos²θ、sin²θ、cos²2θ或sin²2θ。

4.如权利要求3所述的一种基于超表面材料的近远场双通道图像显示方法，其特征在于偏振方向为α₁的线偏振光经过纳米结构单元后，出射光强I₁能够表示为：

I₁＝I₀[A²cos²(θ-α₁)+B²sin²(θ-α₁)]

其中，I₀为入射光强，A和B分别为纳米砖长轴和短轴的复透射系数或者反射系数；当纳米砖为起偏器，即A＝1、B＝0或者A＝0、B＝1时，通过设计入射线偏光的偏振方向，即可以实现出射光强调制函数为cos²θ或sin²θ。

5.如权利要求4所述的一种基于超表面材料的近远场双通道图像显示方法，其特征在于选用出射光强调制函数为cos²θ或sin²θ，则需要通过优化设计，使得纳米砖具有偏振分光的特性，即入射光波在工作波长通过纳米砖时，偏振方向沿纳米砖长轴的线偏光发生反射，同时偏振方向沿纳米砖短轴的线偏光发生透射，或者是偏振方向沿纳米砖长轴的线偏光发生透射，同时偏振方向沿纳米砖短轴的线偏光发生反射。