[发明专利]基于复合天线的可寻址动态超颖表面全息显示方法

摘要

本发明涉及基于复合天线的可寻址动态超颖表面全息显示方法，属于微纳光学和全息显示应用技术领域。本发明利用可寻址的随机像素半图变换Fidoc算法来实现具有定量关系的两幅纯相位全息图的相位恢复，将所选取的两幅图像对应的两个光场相位分布通过迭代联系在一起，并使其满足预先规定的定量关系，以获得再现像可切换的可寻址动态超颖表面全息图。本发明使用纯金V形天线和复合金/镁V形天线两种组成单元构成超颖表面，能够通过改变外部环境控制全息面相位分布的切换，分别再现出两幅不同的再现像，实现动态全息显示。本发明提供了一种近红外波段的亚波长像素、超薄、主动可调、可重复切换、可寻址的动态全息显示方法。

主权项

1.基于复合天线的可寻址动态超颖表面全息显示方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、初始化全息面：在循环迭代开始前，把全息图的相位设置为随机相位，振幅设置为全平面等于1，并任意选定全息图中随机位置的半数像素作为动态像素；此时的全息面称为全息面A；步骤二、模拟从全息面A到第一个物平面的传播过程，使用菲涅耳衍射传播公式(1)来计算第一个物平面的复振幅；其中U₀和U_d分别代表全息面和物平面上的复振幅；x₀，y₀和x，y分别表示全息面和物平面上的空间坐标，j为虚数单位，k为波矢，d表示全息面和物平面之间的距离；步骤三、使用Fidoc算法的反馈函数，即公式(2)，对第一个物平面进行振幅替换；T_n＝M[T+(T‑|T_n'|)κ]+γ(1‑M)|T_n'|           (2)其中T代表目标图像，T_n'是由n次迭代所得到的振幅信息，M是一个在所有的不考虑区域内为零的二维函数；在物平面只保留步骤二计算所得复振幅的相位信息，用T_n替代T_n'即完成振幅替换；通过优化公式(2)中的参数κ和γ，反馈操作能够更高效地限制振幅，加快收敛速度，并抑制噪声和串扰；步骤四、模拟从第一个物平面到全息面A的逆传播过程，使用菲涅耳衍射传播公式(1)的逆形式，即调换U₀和U_d以及x₀，y₀和x，y在公式中的位置，并改变d的正负，计算全息面A的复振幅；步骤五、把全息面A的振幅归一化：只保留步骤四计算所得复振幅的相位信息，而把振幅设置为全平面等于1；之后针对步骤一中选中的作为动态像素的随机位置半数像素进行半图变换，即给所述随机位置半数像素减去一个固定的相位延迟α，而其他像素的相位则保持不变；此时的全息面称为全息面B；步骤六、模拟从全息面B到第二个物平面的传播过程，使用菲涅耳衍射传播公式(1)来计算第二个物平面的复振幅；步骤七、使用Fidoc算法的反馈函数，即公式(2)对第二个物平面进行振幅替换，只保留步骤六计算所得复振幅的相位信息，而用反馈函数计算所得振幅替换第二个物平面的振幅；步骤八、模拟从第二个物平面到全息面B的逆传播过程，使用菲涅耳衍射传播公式(1)的逆形式来计算全息面B的复振幅；步骤九、把全息面B的振幅归一化，只保留步骤八计算所得复振幅的相位信息，而把振幅设置为全平面等于1；之后针对步骤一中选中的作为动态像素的随机位置半数像素进行半图变换，即给所述随机位置半数像素加上一个固定的相位延迟α，而其他像素的相位则保持不变；此时的全息面回到了全息面A；步骤十、经过步骤二至九的迭代处理之后，即完成了两个再现面与两个全息面之间的迭代过程，将两个彼此独立的不同图像所包含的信息编码到了相位存在定量关系的两张全息图中，且回到了最初的运算起点，即全息面A；此时若未达到预设的循环次数且不满足预设的出口条件，需重复步骤二到九实现循环迭代，当达到预设的循环次数，或满足预设的出口条件时，则停止循环迭代；此时，全息面A和全息面B各自的相位分布，即两张计算机生成全息图，将满足预设的定量关系，即在动态像素相差一个固定的相位延迟α，而在其他像素处无差异；两张计算机生成全息图分别能够用于再现两个彼此独立的不同图像，通过改变外界环境，作为动态像素的随机半数像素的相位将发生切换，即加上或减去一个固定的相位延迟α，此时全息图和再现像也就发生了切换，因此能够实现主动可调的动态全息显示。