[发明专利]基于偏振的多功能超表面结构、超表面元件及加密方法

权利要求书

1.一种超表面元件，其特征在于，其包括：

基于偏振的多功能超表面结构，其包括：

-透明基底(1)；

-金属纳米砖阵列，其包括按阵列方式分布在所述基底(1)上的多个纳米砖(2)，所述纳米砖(2)远离基底(1)的表面为工作面；所述纳米砖(2)将基底(1)划分成多个正方形基底单元(10)，所述纳米砖(2)与其相应的基底单元(10)形成纳米砖单元，所述纳米砖单元的几何参数包括纳米砖(2)的长宽高及基底单元(10)的边长；

-所述纳米砖单元的几何参数被配置为：使偏振方向互相垂直的两束第一线偏光垂直于工作面入射时，其中一束第一线偏光的反射率最高，另一束第一线偏光的透射率最高；

以所述基底单元(10)的相邻两条边分别为X和Y轴建立坐标系，所述纳米砖(2)的长边与X轴之间的夹角为纳米砖(2)的转向角θ；

所述多功能超表面结构所包含的各个纳米砖(2)的转向角θ被配置为：使第二线偏光和圆偏光垂直于多功能超表面结构入射时，第二线偏光的反射光形成第一图像，圆偏光的透射光形成第二图像；其中，所述第二线偏光的偏振方向与反射率最高的第一线偏光的偏振方向相同；以及，

对圆偏光进行相位调制、对线偏光进行偏振和光强调制，转向角θ满足马吕斯定律：

I＝I₀(cosθ)²

其中，I₀为第二线偏光入射时光强，I为第二线偏光的反射光光强，圆偏光经透射之后的相位变化值ψ满足ψ＝2θ。

2.如权利要求1所述的超表面元件，其特征在于：以垂直于所述纳米砖(2)的工作面，且经过该工作面对角线的交点的直线作为该纳米砖(2)的中心线；

所有相邻的纳米砖(2)的中心线在行方向和列方向上的间距均相等，且在行方向上的间距等于在列方向上的间距。

3.如权利要求1所述的超表面元件，其特征在于：所述纳米砖(2)采用金、银或铝。

4.如权利要求1所述的超表面元件，其特征在于：所述纳米砖(2)的长宽高均为亚波长尺寸。

5.如权利要求1所述的超表面元件，其特征在于：所述第一线偏光的工作波长为633nm，所述纳米砖(2)的长宽高分别为160nm、80nm和70nm，基底单元(10)的边长为300nm。

6.如权利要求1所述的超表面元件，其特征在于：所述基底(1)采用石英。

7.一种加密方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供基于偏振的多功能超表面结构，其包括：

-透明基底(1)；

-金属纳米砖阵列，其包括按阵列方式分布在所述基底(1)上的多个纳米砖(2)，所述纳米砖(2)远离基底(1)的表面为工作面；所述纳米砖(2)将基底(1)划分成多个正方形基底单元(10)，所述纳米砖(2)与其相应的基底单元(10)形成纳米砖单元，所述纳米砖单元的几何参数包括纳米砖(2)的长宽高及基底单元(10)的边长；

-所述纳米砖单元的几何参数被配置为：使偏振方向互相垂直的两束第一线偏光垂直于工作面入射时，其中一束第一线偏光的反射率最高，另一束第一线偏光的透射率最高，且所述多功能超表面结构上各个纳米砖(2)的转向角θ是根据预设的第一图像和预设的第二图像设定的，且各个纳米砖(2)的转向角θ被配置为：使第二线偏光和圆偏光垂直于多功能超表面结构入射时，第二线偏光的反射光形成第一图像，圆偏光的透射光形成第二图像；其中，所述第二线偏光的偏振方向与反射率最高的第一线偏光的偏振方向相同，以所述基底单元(10)的相邻两条边分别为X和Y轴建立坐标系，所述纳米砖(2)的转向角θ为纳米砖(2)的长边与X轴之间的夹角；对圆偏光进行相位调制、对线偏光进行偏振和光强调制，转向角θ满足马吕斯定律：

I＝I₀(cosθ)²

其中，I₀为第二线偏光入射时光强，I为第二线偏光的反射光光强，圆偏光经透射之后的相位变化值ψ满足ψ＝2θ；

使用第二线偏光和圆偏光垂直入射所述多功能超表面结构；

所述多功能超表面结构形成第一图像和第二图像，且第一图像为目标图像和干扰图像中的一个，第二图像为目标图像和干扰图像中的另一个。