[发明专利]可实现纳米印刷加密的双层超表面

说明书

本发明公开了一种可实现纳米印刷加密的双层超表面。该双层超表面中包含第一超表面和第二超表面，第一超表面和第二超表面均由周期性单元结构组成，单元结构由纳米砖和基底构成，第一超表面上纳米砖有两种不同的尺寸，对入射光分别起到透射式偏振片和透射式半波片的功能；第二超表面上纳米砖对入射光起到透射式偏振片的功能。本发明中的第一超表面和第二超表面分别对入射光进行偏振和强度的调制，透射光通过第一超表面后偏振空间分布但不显示强度信息，信息以偏振态的形式被加密到透射光当中，通过第二超表面后透射光的强度受到调制，显示出加密的信息。本发明可应用于信息加密、防伪等领域，为信息高效安全传递提供了一种新的方法。

技术领域

本发明涉及微纳光学及信息加密领域，具体涉及一种可实现纳米印刷加密的双层超表面。

背景技术

超表面作为一种由周期性单元结构组成的亚波长平面材料，可以通过设计实现替代传统光学所具备的功能，如透镜、涡旋光发生器、分束器、全息片、纳米印刷等。与传统光学元件相比，超表面具有轻量化、设计灵活度高、空间分辨率高、集成度高、与半导体工艺兼容等诸多优势。然而，目前利用超表面实现的纳米印刷信息未经加密，可被直接观察到，其安全性不高，容易泄露。加密后的纳米印刷信息能够大大提高信息传递的安全性，还可为信息加密、防伪等领域提供一种新的技术方案。因此，纳米印刷加密显示具有很好的应用发展前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提出一种可实现纳米印刷加密的双层超表面，该双层超表面包含第一超表面和第二超表面，第一超表面和第二超表面均由周期性单元结构组成，单元结构则由纳米砖和基底构成，第一超表面上，纳米砖有两种不同的尺寸，对入射光分别起到透射式偏振片和透射式半波片的功能；第二超表面上，纳米砖对入射光起到透射式偏振片的功能。本发明中的第一超表面和第二超表面分别对入射光进行偏振和强度的调制，透射光在通过第一超表面后偏振空间分布但不显示强度信息，信息以偏振态的形式被加密到透射光当中，通过第二超表面后透射光的强度收到调制，显示出加密的信息。

为实现上述功能及目的，本发明提供了一种可实现纳米印刷加密的双层超表面，其特征在于：

由第一超表面和第二超表面组成，第一超表面和第二超表面均由周期性单元结构组成，单元结构则由纳米砖和基底构成；

所述第一超表面上，纳米砖有两种不同的尺寸，分别对透射光起到偏振片和半波片的功能；所述第二超表面上，纳米砖对透射光起到偏振片的功能；

所述第一超表面和第二超表面上的单元结构的工作面为边长为C的正方形，每个工作面上均设有纳米砖；第一超表面和第二超表面上起到相同功能的纳米砖的尺寸相同，其作为偏振片的纳米砖的尺寸为长L₁，宽W₁，高H₁；其作为半波片的纳米砖的尺寸为长L₂，宽W₂，高H₂，这是根据选定的所述入射光波长，通过电磁仿真优化得到；

以单元结构直角为x轴和y轴，纳米砖长边为长轴，短边为短轴，第一超表面的纳米砖长轴与x轴夹角为纳米砖转角θ₁，第二超表面的纳米砖长轴与x轴夹角为纳米砖转角θ₂；

每个纳米砖的转角可以单独设置。

作为优选方案，所述第一超表面和第二超表面单元结构的基底为熔融石英玻璃材料，纳米砖为硅材料。

进一步地，通过优化设计，在工作波长下，所述第一超表面和第二超表面为透射式工作，第一超表面上的纳米砖有两种尺寸，分别起到偏振片和半波片的功能；第二超表面上的纳米砖起到偏振片的功能。

更进一步地，当任意偏振态的光入射至所述第一超表面时，其透射光偏振态会受到调制，透射光通过偏振片的部分变为线偏光，偏振方向与第一超表面上纳米砖的转角相同，为θ₁，强度变为入射光的1/2；透射光通过纳米半波片的部分仍为任意偏振态，强度不变；