[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

说明书

本发明公开了一种基于偏振的多功能超表面结构、超表面元件及加密方法，多功能超表面结构包括透明基底和金属纳米砖阵列；金属纳米砖阵列包括按阵列方式分布在所述基底上的多个纳米砖，所述纳米砖远离基底的表面为工作面；所述纳米砖将基底划分成多个正方形基底单元，所述纳米砖与其相应的基底单元形成纳米砖单元，所述纳米砖单元的几何参数包括纳米砖的长宽高及基底单元的边长；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。本发明可以同时且分别独立地控制透射光的相位和反射光的光强。

技术领域

本发明涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种基于偏振的多功能超表面结构、超表面元件及加密方法。

背景技术

超表面作为一种超薄的亚波长结构，可以设计为平面光学器件以实现很多功能，并且通过嵌入更多的控制方式可以进一步改善超表面的功能。与传统的衍射光学元件相比，超表面的这种能力具有明显优势。例如，可以设计成通过改变入射偏振或波长而产生不同图像的超表面全息图。

由于金属纳米天线可以产生二次谐波，非线性超表面可以产生不同的图像或不同的轨道角动量状态。因此，现有的研究方向，主要是整合具有不同功能的多种超表面，从而将不同图像或不同轨道角动量状态叠加在一起。

虽然目前有很多研究者利用亚波长超表面结构控制相位或偏振来实现许多功能，但同时控制这两种响应却尚未被研究。其主要的技术难点在于：虽然利用具有半波片功能的纳米砖结构能够分别实现几何相位超表面全息(Zheng G,Mühlenbernd H,Kenney M,LiG,Zentgraf T,Zhang S.Metasurface holograms reaching 80％efficiency[J].NatureNanotechnology,2015,10(4):308-312.)与高分辨率纳米印刷(Yue F,Zhang C,Zang X F,Wen D,Gerardot B D,Zhang S,Chen X.High-resolution grayscale image hidden ina laser beam[J].Light:ScienceApplications,2018,7(1):17129.)，但是两者都需要对纳米砖的转向角进行设计，二者设计结果中纳米砖转向角的取值往往存在着差异，然而一旦设计完成，二者设计的纳米砖的转向角取值又都是只有唯一的取值，正是这两个取值存在着差异，因此，无法同时满足超表面全息与纳米印刷对转向角取值的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于偏振的多功能超表面结构、全息元件及加密方法，可以同时且分别独立地控制透射光的相位和反射光的光强。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种基于偏振的多功能超表面结构，其包括：

透明基底；

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

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。

进一步地，以垂直于所述纳米砖的工作面，且经过该工作面对角线的交点的直线作为该纳米砖的中心线；

所有相邻的纳米砖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。

进一步地，所述纳米砖采用金、银或铝。

进一步地，所述纳米砖的长宽高均为亚波长尺寸。