[发明专利]用于实现近场自旋角动量复用的超表面材料的设计方法

说明书

本发明提供一种用于实现近场自旋角动量复用的超表面材料的设计方法，包括：构建超表面阵列，超表面阵列包括多个纳米砖结构单元；优化得到纳米砖结构单元的多组备选尺寸参数；设计复用图像一，并计算其上各像素点对应的纳米砖结构单元的相位再设计复用图像二，并计算其上各像素点对应的纳米砖结构单元的相位根据和计算各纳米砖结构单元的纳米砖转向角和传输相位；根据传输相位选出超表面阵列中各位置处的纳米砖结构单元对应的尺寸参数，再将各位置处对应尺寸参数的纳米砖结构单元计算出的纳米砖转向角为进行排布，从而获得所需的超表面材料。本发明大大扩充了超表面近场复用技术的信息通道维度，使得复用信息呈指数的增加。

技术领域

本发明属于信息光学的技术领域，具体涉及一种用于实现近场自旋角动量复用的超表面材料的设计方法。

背景技术

超表面近场复用技术作为一种新型的近场多通道高分辨成像技术，以其多通道、高效、高分辨率和极为精确操控的技术特点受到了越来越多的关注，成为现代复用成像技术的重要研究内容之一。然而，目前现有的超表面近场复用技术多是基于线偏光的偏振方向来进行强度的调制，从而实现近场图像的复用显示，但是上述基于线偏光偏振方向的复用技术仅仅只使用了光波偏振信息的一部分，故其信息通道数有限，而如何扩充超表面近场复用技术的信息通道维度，使其复用信息呈指数的增加时目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种一种用于实现近场自旋角动量复用的超表面材料的设计方法，该方法制备的超表面材料能扩充超表面近场复用技术的信息通道维度，使得复用信息呈指数的增加。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于实现近场自旋角动量复用的超表面材料的设计方法，包括如下步骤：

S1：构建超表面阵列，所述超表面阵列包括周期性排布地多个纳米砖结构单元，每个纳米砖结构单元包括基底工作面以及设置在基体工作面上的纳米砖，纳米砖结构单元的纳米砖转向角为α(x,y)；

S2：优化得到以工作波长的线偏振光垂直入射时其功能等效为半波片的纳米砖结构单元的多组备选尺寸参数；

S3：设计复用图像一，并根据其显示要求的振幅分布和相位分布计算其上各像素点对应的纳米砖结构单元干涉记录的相位再设计复用图像二，并根据其显示要求的振幅分布和相位分布计算其上各像素点对应的纳米砖结构单元干涉记录的相位

S4：根据步骤S3得出的复用图像一对应的各纳米砖结构单元干涉记录的相位和复用图像二对应的各纳米砖结构单元干涉记录的相位计算超表面阵列中各纳米砖结构单元的几何相位Φ(x,y)和传输相位Ψ(x,y)，再根据几何相位Φ(x,y)计算得到各纳米砖结构单元的纳米砖转向角为α(x,y)；

S5：根据步骤S4中得到的传输相位Ψ(x,y)分布从步骤S1得到的多组备选尺寸参数中选出超表面阵列中各位置处的纳米砖结构单元对应的尺寸参数，再将各位置处对应尺寸参数的纳米砖结构单元按照上S4中计算出的纳米砖转向角为α(x,y)进行排布，从而获得所需的超表面材料。

进一步地，以平行于所述工作面的两条边的方向分别设为x轴和y轴建立xoy坐标系，所述纳米砖上与工作面平行的面上具有长轴L和短轴W，所述纳米砖转向角α(x,y)为所述纳米砖的长轴L与x轴的夹角。

进一步地，所述纳米砖结构单元的尺寸参数包括所述纳米砖的长轴L、短轴W和高H以及所述基底工作面边长C的尺寸，且长轴L与短轴W不相等。

进一步地，步骤S3中，复用图像一中各像素点对应的纳米砖结构单元干涉记录的相位的计算公式为：

式中，C为常数，A(x,y)为复用图像一显示时各像素点的振幅和相位，R(x,y)为用于干涉记录参考光的复振幅分布，令R(x,y)＝1；