[发明专利]可实现透反双通道全息复用的超表面的设计方法

权利要求书

1.一种可实现透反双通道全息复用的超表面的设计方法，其特征在于：

包括以下步骤：

1)优化设计纳米砖单元结构：

确定工作波长λ和对x和y线偏振光产生0°～360°相位变化范围内相位延迟量的量化等级n_x和n_y，量化后的x和y线偏振光对应的相位延迟量和分别表示为：

;

优化共N＝n_x×n_y种纳米砖单元结构，对应N种相位量化对组合构成纳米砖单元结构的相位量化对组合表，每一种纳米砖单元结构对应唯一的相位量化对组合；通过电磁仿真软件优化N种纳米砖单元结构的尺寸参数，使得工作波长下x和y线偏振光正入射至所述N种纳米砖单元结构时，x线偏振光的反射率和y线偏振光透过率相等，同时相位延迟量满足N种相位量化对组合；

2)采用Gerchberg-Saxton算法得到超表面的两个相位分布矩阵：

超表面由M×N个上述优化好的纳米砖单元结构在x、y方向上等间隔排列构成；选择两幅M×N个像素组成的灰度图像image1和image2作为反射和透射空间的目标全息图像，采用Gerchberg-Saxton算法分别优化得到一个超表面对于x和y线偏振光的两个相位分布矩阵Φ_x和Φ_y，Φ_x和Φ_y的元素一一对应；Φ_x(m,n)和Φ_y(m,n)分别表示超表面上第(m,n)个纳米砖单元结构对于反射的x线偏振光和透射的y线偏振光的相位延迟量；

3)将超表面的两个相位分布矩阵进行量化：

选取相位分布矩阵Φ_x中任意一个元素Φ_x(m,n)进行量化：

将Φ_x(m,n)与步骤1)中求出的纳米砖单元结构量化后的x线偏振光对应的相位延迟量逐一进行比较，若当i＝t时，满足(i≠t)，则将该位置处的相位延迟量Φ_x(m,n)替换为对相位分布矩阵Φ_x中的每一个元素依次进行上述操作后，构成x线偏振光的相位量化分布矩阵Φ_1x；同理，将Φ_y中的每一个元素与逐一进行比较和替换，构成y线偏振光的相位量化分布矩阵Φ_1y；

4)纳米砖单元结构的排布方式：

联立相位量化分布矩阵Φ_1x和Φ_1y，构成超表面的相位量化对组合(Φ_1x,Φ_1y)，在步骤1)中求出的纳米砖单元结构的相位量化对组合表中找到每一个元素对应的相位量化对组合则该位置放置可以产生的纳米砖单元结构，排布所有构成超表面的纳米砖单元结构；

5)当x线偏振光正入射至超表面时，在反射空间产生一幅全息图像image1；当y线偏振光正入射至超表面时，在透射空间产生一幅全息图像image2；当45°线偏振光正入射至超表面时，在反射和透射空间同时产生上述两幅全息图像，实现透反双通道全息复用，两个通道既可以单独使用，也可以同时使用，二者相互独立且互不影响。

2.根据权利要求1所述的可实现透反双通道全息复用的超表面的设计方法，其特征在于：所述纳米砖单元结构由基底(2)和基底(2)上的纳米砖(1)构成；所述基底(2)材料选用二氧化硅，纳米砖(1)材料选用硅。

3.根据权利要求1或2所述的可实现透反双通道全息复用的超表面的设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中，纳米砖单元结构的尺寸参数如下：

纳米砖(1)在x方向和y方向上的长度分别为L_x和L_y，z方向上的高度为H；基底(2)在x方向和y方向上的边长均为C。

4.根据权利要求3所述的可实现透反双通道全息复用的超表面的设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中，当工作波长λ选用658nm时，高度H为320nm，边长C为400nm。