[发明专利]基于可重构混合超颖表面的光场动态调制和空间复用方法

权利要求书

1.基于可重构混合超颖表面的光场动态调制和空间复用方法，其特征在于：用于实现光场动态调制和空间复用的可重构混合超颖表面是由具不同几何尺寸、不同对称轴排列的复合圆环结构阵列构成；通过改变复合圆环结构几何尺寸以及对称轴方位，使可重构混合超颖表面对出射光束的振幅和相位进行任意地调控；利用二维全波矢量计算得到不同模式的光场复振幅分布；根据所得不同模式的光场复振幅分布，编码确定复合圆环结构的几何尺寸以及方位角，从而生成相应可重构混合超颖表面结构阵列；通过调节相变材料的状态实现同一可重构混合超颖表面对入射光束的动态调控和空间复用。

2.如权利要求1所述的基于可重构混合超颖表面的光场动态调制和空间复用方法，其特征在于：所述混合超颖表面由基底和阵列排布在基底上的复合圆环结构构成；所述复合圆环结构在基底上的排布方式为周期阵列或非周期阵列；所述复合圆环结构为开口圆环结构，开口处复合有相变材料；通过改变复合材料的几何尺寸以及对称轴方位角，实现对出射光束的振幅和相位的任意调控。

3.如权利要求2所述的基于可重构混合超颖表面的光场动态调制和空间复用方法，其特征在于：所述的几何尺寸包括复合圆环结构内径、外径、对称轴方位角、金和相变材料的比例，以及单元周期。

4.基于可重构混合超颖表面的光场动态调制和空间复用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、在复合圆环结构的厚度、宽度和周期均固定的情况下，改变复合圆环结构的外径、相变材料占比或外径和占比，得到多个复合圆环结构组A；然后对混合超颖表面进行升温，温度不低于85°，此时改变复合圆环结构的外径、相变材料占比或外径和占比，又得到多个复合圆环结构组B；所述占比为相变材料的弧长与复合圆环结构的周长之比；

对复合圆环结构组A和B中每个复合圆环结构进行矢量仿真，得到和入射光场正交的出射光场分量分布；从而选取出射光场分量分布的相位能够覆盖0～2π，同时出射光场分量分布的振幅均一的复合圆环结构，得到复合圆环结构组C；出射光场振幅均一，能够实现纯相位调控；

通过改变复合圆环结构几何尺寸以及对称轴方位角，使超颖表面对出射光束的振幅和相位进行任意地调控；

步骤二、利用复合圆环结构能够实现不同相变材料状态下的光场调控；

按照升温前后对复合圆环结构组C中的复合圆环结构进行分类，从升温前的复合圆环结构中选取出相位覆盖0-π的结构，从升温后的复合圆环结构中选取出相位不变的结构；或者，按照升温前后对复合圆环结构组C中的复合圆环结构进行分类，从升温前的复合圆环结构中选取出相位不变的结构，从升温后的复合圆环结构中选取出相位覆盖0-π的结构；得到复合圆环结构组D；根据复合圆环结构对称轴旋转90°后，会得到额外的π相位，从而得到0到2π完全的相位调制范围；

对复合圆环结构组D进行对称轴旋转90°，得到复合圆环结构组D’；对D和D’进行等相位梯度的一维排列，能够使得在一个相变状态下出射光场具有异常折射效应，另一个相变状态出射光场具有阶跃的相位变化，即实现了动态调制和空间复用。

5.基于可重构混合超颖表面的光场动态调制和空间复用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、在复合圆环结构的厚度、宽度和周期均固定的情况下，改变复合圆环结构的外径、相变材料占比或外径和占比，得到多个复合圆环结构组A；然后对混合超颖表面进行升温，温度不低于85°，此时改变复合圆环结构的外径、相变材料占比或外径和占比，又得到多个复合圆环结构组B；所述占比为相变材料的弧长与复合圆环结构的周长之比；

对复合圆环结构组A和B中每个复合圆环结构进行矢量仿真，得到和入射光场正交的出射光场分量分布；从而选取出射光场分量分布的相位能够覆盖0～2π，同时出射光场分量分布的振幅均一的复合圆环结构，得到复合圆环结构组C；出射光场振幅均一，能够实现纯相位调控；

通过改变复合圆环结构几何尺寸以及对称轴方位角，使超颖表面对出射光束的振幅和相位进行任意地调控；

步骤二、对D和D’进行阵列排布

根据所需光场信息从D和D’中选取出复合圆环结构并进行阵列排布；即实现了动态调制和空间复用。

6.如权利要求4或5所述的基于可重构混合超颖表面的光场动态调制和空间复用方法，其特征在于：步骤一所述仿真计算方法是基于时域有限差分方法的FDTD或基于有限元方法的COMSOL。