[发明专利]基于全介质超表面的六像元全矢量偏振信息获取器件及应用

说明书

本发明公开了一种基于介质超表面的高效全矢量偏振分析器件及其应用，该器件的结构是由基底和矩形介质柱组成的超表面，通过对矩形介质柱的长、宽以及旋转角的调控，并利用双相位调制法选择与所述分布相同的矩形介质柱，使得包含X、Y、45°、135°线偏振以及LCP和RCP的各种线、圆偏振光分别聚焦在空间对称位置上，并通过提取焦点能量对偏振分析器的参数进行矫正，从而能对于任意入射超表面的光，通过六焦点能量值即可将斯托克斯参数完整地恢复出来，并分析得出入射光的偏振态。本发明能大大提高器件的集成度，降低制备成本，并能实现对于不同偏振光的高效聚焦。

技术领域

本发明属于新型人工复合材料超表面技术领域，尤其涉及一种基于全介质超表面的六像元全矢量偏振信息获取器件及其应用。

背景技术

偏振作为光的一种固有属性，在信息光学中有着至关重要的作用。偏振可用于材料、物理、生物医学等领域的信息获取。传统光学系统中，需要布置包括偏振片、滤波片、波片等在内的诸多光学器件，才能获取全矢量偏振信息。常见方法有两种：一种是利用各种光学器件对不同的偏振态分次测量，需要花费大量时间；一种是将入射光分成几个光路，使用多个偏振器和探测器同时测量各种偏振态。尽管这些方法都能探测全矢量偏振信息，但光学系统的尺寸和复杂度较高。

超表面的出现，解决了偏振测量过程中对于光学系统低成本、高集成度和小型化的需求。超表面是超材料概念的二维平面化，由于其具有超薄、紧凑、灵活等特点，被广泛应用于光学系统的集成方向。在早期的超表面提取偏振的方法中，几何相位超表面被用于确定部分偏振态，例如设计偏振器和延迟波前被用于确定圆偏振度。为了完全获得光的偏振态信息，研究人员开始设计能有效恢复出全斯托克斯参数的矢量超表面器件。不仅由于金属材料的固有损耗，导致超表面效率较低，而且这些器件基本上都是通过某一单个区域单独控制某一偏振状态来测量偏振态，这种简单地集成了几个像素区域很难达到光学系统高效、高集成度、高利用率的要求。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的不足之处，提供一种基于全介质超表面的六像元全矢量偏振信息获取器件及应用，提高器件的集成度，降低制备成本，并能实现对于不同偏振光的高效聚焦。

本发明为解决技术问题采取如下技术方案：

本发明一种基于介质超表面的六像元全矢量偏振信息获取器件的特点是，在低折射率材料的基底上按照如下步骤来布置高折射率材料的矩形介质柱，从而组成超表面：

步骤1、利用聚焦公式得出不同偏振光聚焦在不同位置时的相位分布；

步骤2、通过对不同的矩形介质柱的长、宽及旋转角进行参数化扫描，得到相应矩形介质柱的相位和透射率分布；

步骤3、按照步骤1中的相位分布，利用双相位调制法从步骤2中扫描得到的矩形介质柱的相位中选择与所述相位分布相同的矩形介质柱并相应设置在基底上。

本发明所述的基于介质超表面的六像元全矢量偏振信息获取器件的特点也在于，所述双相位调制法是根据不同尺寸的矩形介质对任意一对正交线偏振光所产生的相位积累不同，选择能满足一对正交偏振光的相位需求的矩形介质柱。

本发明所述的基于介质超表面的六像元全矢量偏振信息获取器件的偏振分析方法的特点是按如下过程进行：

步骤a、对六像元全矢量偏振信息获取器件分别入射X偏振光、Y偏振光、45°线偏振光、135°线偏振光、LCP光和RCP光，并相应得到焦点能量，记为I′_x、I′_y、I′₄₅、I′₁₃₅、I′_lcp和I′_rcp；计算三个中间参数a＝I′_x/I′_y，b＝I′₄₅/I′₁₃₅，c＝I′_lcp/I′_rcp；