[发明专利]基于Ω型共形超颖表面实现曲面全息的方法

权利要求书

1.基于Ω型共形超颖表面实现曲面全息的方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：设计超颖表面单元结构；

步骤二：计算单个曲面及实现曲面全息功能的相位分布；

步骤三：根据步骤一设计的共形超颖表面单元结构和步骤二计算的单个曲面及实现曲面全息功能的相位分布，其中单个曲面及实现曲面全息功能的相位分布之差，即超颖表面的相位分布，实现超颖表面单元阵列和相位分布的映射，基于贝里相位原理，用Ω型金纳米天线对于所得相位φ_p进行编码，根据编码相位分布的Ω型金纳米天线包裹在任意曲面基底的表面，实现曲面全息。

2.如权利要求1所述的基于Ω型共形超颖表面实现曲面全息的方法，其特征在于：还包括步骤四：Ω型金纳米天线组成的共性超颖表面具有偏振敏感特性，根据贝里相位的原理，用纳米天线的旋转角控制相位分布，可用于全息图像的空间复用，提高信息的存储容量。

3.如权利要求1或2所述的基于Ω型共形超颖表面实现曲面全息的方法，其特征在于：步骤一实现方法为，

超颖表面是由具有相同几何尺寸的Ω型金纳米天线阵列构成；通过改变单个Ω型金纳米天线的旋转角φ，使超颖表面对出射光束的相位、振幅和偏振进行任意地调控；所述的几何尺寸包括单个Ω型天线内外半径r₁、r₂，宽度w，高度h，旋转角φ以及超颖表面单元的周期P。

4.如权利要求3所述的基于Ω型共形超颖表面实现曲面全息的方法，其特征在于：步骤二实现方法为，

根据贝里相位原理，沿z方向传播的琼斯矢量为的正入射光束；输出场的矢量表示如下：

由公式(1)知，通过共形超表面的透射光的相位仅由单个Ω型天线的方位角控制，其为RCP/LCP的符号为“+”，LCP/RCP的符号为“-”，所述LCP为左旋圆偏振光，RCP为右旋圆偏振光；

针对单个曲面，根据时域有限差分法计算出入射光通过曲面的相位分布φ_o；然后根据全息原理计算出实现曲面全息的相位分布φ_d；

对于全息原理，使用GS算法并使用Rayleigh-Sommerfeld公式进行光传播；因此，从曲面得到全息图像的复振幅如下：

其中U_o和U_I分别代表超颖表面全息面和再现面上的复振幅；(x_o,y_o,z_o)和(x_I,y_I,z_I)分别表示超颖表面全息面和再现面上的坐标；公式(2)中：

其中，是共形超颖表面的相位分布，是曲面的相位分布；联立并求解公式(2)、(3)、(4)获得曲面全息图的相位分布φ_d；

根据入射光通过曲面的相位分布φ_o和实现曲面全息的相位分布φ_d，用Ω型共形超颖表面补偿两者的相位差φ_p。

5.如权利要求4所述的基于Ω型共形超颖表面实现曲面全息的方法，其特征在于：根据公式(1)中贝里相位原理，通过FDTD软件模拟，确定步骤一中Ω型金纳米天线的几何尺寸；对单个Ω型纳米天线的几何尺寸进行设置，环形部分的外圆半径r＝100nm，环形部分的内圆半径为r＝5nm，环形部分和条形部分的宽度相等固定为w＝50nm，条状结构和缝隙部分的长度相等固定为l＝g＝80nm，周期单元的周期为p＝320nm；使得当Ω型纳米天线的旋转角φ为0°～180°变化时，相位覆盖0～2π，振幅均一；上述尺寸的加工误差范围控制在10％之内。