[发明专利]一种基于叠层纳米结构的复振幅调控超表面及其设计方法

权利要求书

1.一种基于叠层纳米结构的复振幅调控超表面，其特征在于，包括：基底层、第一纳米砖阵列层、隔离层和第二纳米砖阵列层；

所述基底层划分为多个尺寸一致的单元结构，所述第一纳米砖阵列层包括多个尺寸一致的第一纳米砖，所述第二纳米砖阵列层包括多个尺寸一致的第二纳米砖，所述第二纳米砖和所述第一纳米砖的数量相同；每个所述单元结构的工作面上设有一个所述第一纳米砖，一个所述第二纳米砖与一个所述第一纳米砖对应设置，所述隔离层用于将所述第一纳米砖和所述第二纳米砖隔离开；

所述第一纳米砖和第二纳米砖均用于实现四分之一波片的功能；圆偏振光入射至所述基底层，并依次通过所述第一纳米砖阵列层、所述隔离层、所述第二纳米砖阵列层后出射，出射光中与入射的所述圆偏振光旋向相反的圆偏振光受到复振幅调控；所述复振幅调控的调控量由所述第一纳米砖的转向角和所述第二纳米砖的转向角决定。

2.根据权利要求1所述的基于叠层纳米结构的复振幅调控超表面，其特征在于，所述单元结构的工作面为正方形，所述第一纳米砖、所述第二纳米砖均为长方体形，所述单元结构、所述第一纳米砖、所述第二纳米砖均为亚波长级；以所述单元结构的两直角边为x轴和y轴；以所述第一纳米砖的长边为第一长轴，以所述第一纳米砖的短边为第一短轴；以所述第二纳米砖的长边为第二长轴，以所述第二纳米砖的短边为第二短轴；所述第一纳米砖的转向角为所述第一长轴与x轴的夹角，所述第二纳米砖的转向角为所述第二长轴与x轴的夹角。

3.根据权利要求1所述的基于叠层纳米结构的复振幅调控超表面，其特征在于，所述隔离层位于所述基底层和所述第二纳米砖阵列层之间，并包覆所述第一纳米砖阵列层。

4.根据权利要求1所述的基于叠层纳米结构的复振幅调控超表面，其特征在于，所述隔离层的厚度为入射的所述圆偏振光的半个波长。

5.根据权利要求1所述的基于叠层纳米结构的复振幅调控超表面，其特征在于，所述基底层和所述隔离层均采用熔融石英玻璃材料制成；所述第一纳米砖和所述第二纳米砖的制备材料相同，均采用硅、二氧化钛、氮化硅中的一种材料制成。

6.根据权利要求1所述的基于叠层纳米结构的复振幅调控超表面，其特征在于，所述第一纳米砖对入射的所述圆偏振光的作用表示为：

式中，θ₁为第一纳米砖的转向角；

所述圆偏振光经过所述第一纳米砖后得到第一透射光、第二透射光，所述第一透射光和所述第二透射光的能量相等；所述第一透射光的相位调制量为0，所述第二透射光的相位调制量为2θ₁。

7.根据权利要求6所述的基于叠层纳米结构的复振幅调控超表面，其特征在于，所述第二纳米砖对入射的所述第一透射光、所述第二透射的作用分别表示为：

式中，θ₂为第二纳米砖的转向角；

光波通过所述第二纳米砖后，与入射的所述圆偏振光旋向相反的圆偏振光的复振幅调控量为：

出射光中与入射的所述圆偏振光旋向相反的圆偏振光的振幅调控量为cos(θ₁-θ₂)，相位调控量为(θ₁+θ₂)。