一种判断入射光偏振的超构表面及轨迹设置方法

技术领域

本发明公开一种判断入射光偏振的超构表面及轨迹设置方法，涉及超构表面设计技术领域。

背景技术

随着超构表面研究的不断拓展和深入，超构表面在成像、聚焦和波束调控等方面的技术逐渐走向成熟，在这个过程中逐渐形成了四种利用超构表面调控相位的方式，这四种方式对应的基础原理有所不同，基于其不同的原理，包括几何相位、传输相位、共振相位和绕行相位。其中，几何相位不依赖于单元结构的形状大小、材料以及入射波的波长，只和结构转动的角度有关。

申请人的在先研究中利用互为正交的涡旋光束叠加原理，并基于超表面实现对入射光的偏振检测，即专利(CN 114964501 A)；其中公开了改变结构单元的几何尺寸来引入相位不连续(传输相位)和使用具有相同几何形状但具有不同排布方向角的各向异性结构单元来产生相位突变(几何相位)的方法。但是前述在先研究中相关内容仅处于理论状态，如何基于前述理论实现于焦平面上形成任意曲线的像的超构表面的方法并未深入探究。

此外，现有技术中并未公开以前述对入射光的偏振检测为实现任意成像的相关内容。

本发明内容

本发明目的在于，提供一种判断入射光偏振的超构表面及轨迹设置方法。提供一种能够在焦平面上形成任意曲线的像的几何相位超构表面以及基于该超构表面成像原理的一种实现偏振状态检测的方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，发明是通过以下技术方案实现：

一种判断入射光偏振的超构表面，由若干均匀排布的单元结构组成，所述单元结构为双层，包括为硅质纳米棒的顶层，以及为二氧化硅基底的底层。

进一步的，所述上层硅质纳米棒为长方体结构，长l＝150nm，宽w＝40nm，高h1＝600nm；

所述下层二氧化硅基底为长方体结构，长宽均为p＝400nm，高h2＝

600nm。

进一步的，超构表面沿直径单元数为1000。

进一步的，焦平面上具有两条位于左右两侧的曲线，分别为构成“L”与“R”形状的图像；

超表面相位为：

进一步的，焦平面上具有圆形曲线，超表面相位为

进一步的，在波长为530nm处，交叉极化圆偏振光的透射率达93％，同极化圆偏振光的透射率则低于1％。

本发明另一目的在于，公开一种轨迹设置方法，基于权利要求1所述的超构表面实现设置，包括如下步骤：

S1、将焦平面上焦点的轨迹设置为目标轨迹，根据目标设计对应的超构表面；

S2、入射波长λ

进一步的，所述S2具体包括：

S201、基于成像结果调节入射光；

当入射光为左旋圆偏振光时在焦平面上显示“L”图像，当入射光为右旋圆偏振光时在焦平面上显示“R”图像，当入射光为线偏振光时，焦平面上显示亮度相当的“L”和“R”图像；

基于显示反馈结果调节入射光，获得目标光线；

当调节结果为线偏振光时，进行步骤S102进一步调节。

S202、当入射光为线性偏振光时，测量焦平面圆轨迹最小强度点的角度，获得入射光的偏振方向，根据目标轨迹调节偏振方向。

有益效果：

本发明提出了一种能够在焦平面上形成任意曲线的成像的超构表面，它由上层的硅质纳米棒和下层的二氧化硅基底组成。根据所需要成的像的轨迹曲线，设计对应的超构表面相位，从而实现任意成像。并分别通过其中包含的偏振信息提出了两种偏振检测方法。一种是通过超构表面所成图像上“L”和“R”的强度对比，定性判断入射光的偏振类型，另一种是通过超构表面所成的包含偏振信息的圆形轨迹的光强分布，定量计算入射线偏振光的偏振方向。本发明提出的成像方式具有亚波长分辨率，并且在目标图像中加入了便于偏振检测的偏振信息，为超构表面成像提供了新思路。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是超构表面结构单元及其透射率；(a)本发明超构表面单元结构图；(b)同极化圆偏振光(虚线)和交叉极化圆偏振光(实线)的透射率

图2是不同的几何相位设计实现不同成像功能的示意图；(a)在焦平面实现任意曲线成像；(b)定性检测入射光偏振类型；(c)定量检测线偏振光偏振方向，A为圆上的第j个点，AP为入射线偏振光的方向，AQ为点A处线偏振光的方向，AQ经过圆心。

图3是不同超构表面单元数下单个焦点的归一化强度图。(a)N＝100；

(b)N＝250；(c)N＝500；(d)N＝1000。

图4是焦平面处的光强分布。(a)椭圆；(b)圆；(c)抛物线；(d)三角形；(e)正方形；(f)字母“LZU”

图5是不同偏振入射光及其对应的图像。(a)左旋圆偏振光入射；(b)左旋椭圆偏振光入射；(c)线偏振光入射；(d)右旋椭圆偏振光入射；(e)右旋圆偏振光入射。左侧表示入射的偏振状态，右侧表示相应偏振态入射时焦平面处的图像。

图6是光强随极角变化的图像及其归一化强度分布曲线。入射偏振光的旋转角度分别是(a)0；(b)

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1(a)(b)所示，在圆偏振光的入射条件下，同极化圆偏振光和交叉极化圆偏振光的透射率。在波长为530nm处，交叉极化圆偏振光的透射率高达93％，而同极化圆偏振光的透射率则低于1％。这意味着在530nm的波长下，这个结构有着极高的圆偏振转化效率。WHY当右旋圆偏振平面光垂直入射时，大部分的入射光都将转化为带有附加几何相位的左旋圆偏振光，从而受到超构表面的调制。当一束波长为λ

式中，n

利用几何相位来设计超构表面，当入射光为右旋圆偏振光时，对于焦点在距离超构表面厂的焦平面上的任一点处的单焦点透镜，可知超构表面的相位为

同理，当入射光为左旋圆偏振光时，超构表面的相位为

当存在足够多的点且任意相邻两点间的距离足够近时，即可将这些点的集合视作一条连续的曲线，此时可令超构表面的相位为

其中，φ

如图2(a)所示，将入射光设置为右旋圆偏振光，将焦平面上焦点的轨迹设置为三角形，设计对应的超构表面，光线透过超构表面会在焦平面处显示三角形的图案；如图4(a)所示，在焦平面上上设置椭圆的轨迹曲线，在椭圆轨迹曲线上均匀选取2000个点用于形成超构表面的相位面，最后右旋圆偏振光通过超构表面会在焦平面上显示椭圆的图案；同理如图4(b)(c)(d)(e)(f)所示，可以在焦平面显示圆形、抛物线、三角形、正方形、“LZ∪”等图案。

实施例2

如图2(b)所示，在焦平面上设计两条曲线，一条“L”，一条“R”，根据两条曲线，设计超表面的相位为

该超构表面可以实现当入射光为左旋圆偏振光时，如图5(a)所示，在焦平面上显示“L”图像；当入射光为左旋椭圆偏振光时，由于相比右旋分量，左旋分量更大，如图5(b)所示，焦平面上“L”的亮度强于“R”；当入射光为右旋圆偏振光时，如图5(e)所示，在焦平面上显示“R”图像；当入射光为右旋椭圆偏振光时，由于相比左旋分量，右旋分量更大，如图5(d)所示，焦平面上“R”的亮度强于“L”；当入射光为线偏振光时，如图5(c)所示，焦平面上显示亮度相当的“L”和“R”图像。

实施例3

如图2(c)所示，在焦平面上设计一个圆形曲线，超表面相位为

当入射光为线性偏振光时，测量焦平面圆轨迹最小强度点的角度，即为入射光的偏振方向。如图6所示，将入射的线偏振角度分别设置为0，

以上仅是该申请的实施例部分，并非对该申请做任何形式上的限制。对以上实施例所做的任何简单的修改、等同变化及修饰，仍属于该申请技术方案保护的范围内。