[发明专利]一种可调超表面系统

说明书

本发明提供了一种可调超表面系统，包括：波前调制器、光学聚焦装置和超表面结构，超表面结构包括多个由相变材料制成的纳米结构，相变材料的相变态包括晶态和非晶态；波前调制器对射入的控制光线进行波前调制，并向光学聚焦装置出射波前调制后的控制光线；光学聚焦装置用于对波前调制后的控制光线进行聚焦，形成多个光焦点；超表面结构位于多个光焦点形成的光焦面处，用于对射入的工作光线进行相位调制，工作光线的光路与波前调制器、光学聚焦装置不重叠。通过本发明实施例提供的可调超表面系统，能够实现对纳米结构的独立光控，不受布线影响；并且，能够形成百纳米级的光焦点，可以适用于更小的像素或更多的像素数，能够应用到更广的场景。

技术领域

本发明涉及光学元件技术领域，具体而言，涉及一种可调超表面系统。

背景技术

超表面的光学性能主要由两个因素决定：①结构单元的几何形状与尺寸；②材料的介电常数。当超表面器件制备后，其结构的几何形状与尺寸就难以改变，因此可以通过改变材料的介电常数以实现器件光学性能的调控或重构。

相变材料能够在晶态与非晶态之间相互转换，不同状态的相变材料能够实现不同的调制效果，可以大幅度地改变介电常数。例如，一束光线入射至相变材料，当相变材料位于非晶态时，出射左旋光向右侧偏转；相变材料位于晶态时，出射光向左侧偏转，实现二值调制。此外，部分方案利用相变材料能够部分晶化的特点，使得非晶态到晶态是一个逐渐变化的过程，从而实现反射相位可连续调控。

目前，主要是通过电控的方式实现相变材料状态转换。例如，可以在相变材料上下两侧分别设置电极，通过电控来加热相变材料，从而达到可调超表面的效果。但是所有电控都需要解决布线的问题，当像素很多时(比如大于100万)，布线需拉得很远，从而导致像素不能过高；另一方面，由于电子布线工艺的限制，单个电子做到百纳米尺度还极有挑战，从而限制了可调相变超表面的像素数目和像素大小。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种可调超表面系统。

本发明实施例提供了一种可调超表面系统，包括：波前调制器、光学聚焦装置和超表面结构，所述超表面结构包括多个由相变材料制成的纳米结构，所述相变材料的相变态包括晶态和非晶态；

所述波前调制器位于所述光学聚焦装置远离所述超表面结构的一侧，用于对射入的控制光线进行波前调制，并向所述光学聚焦装置出射波前调制后的控制光线；

所述光学聚焦装置用于对所述波前调制后的控制光线进行聚焦，形成多个光焦点；

所述超表面结构位于多个所述光焦点形成的光焦面处，且至少部分所述纳米结构与所述光焦点位置对应；所述超表面结构用于对射入的工作光线进行相位调制，且所述工作光线的光路与所述波前调制器、所述光学聚焦装置不重叠。

在一种可能的实现方式中，所述超表面结构还包括透明基底；多个所述纳米结构位于所述透明基底的一侧；

所述纳米结构靠近所述透明基底的一端与所述光焦点位置对应。

在一种可能的实现方式中，所述超表面结构还包括金属反射层；

所述金属反射层位于所述纳米结构与所述透明基底之间，且所述金属反射层靠近所述纳米结构的一侧为反光侧。

在一种可能的实现方式中，所述波前调制器、所述光学聚焦装置位于所述金属反射层远离所述纳米结构的一侧。

在一种可能的实现方式中，所述超表面结构还包括多个光热转换结构；

多个光热转换结构位于所述透明基底靠近所述纳米结构的一侧，且所述光热转换结构与所述纳米结构的位置一一对应；

所述光热转换结构用于将射入的控制光线的光能转换为热能。

在一种可能的实现方式中，所述超表面结构还包括介质匹配层；