[发明专利]一种基于介质柱结构的离轴入射多波长色散调控超表面

说明书

本发明提供了一种基于介质柱结构的离轴入射多波长色散调控超表面，包括自上而下的介质柱，介质粘附层以及金属反射层。本发明设计巧妙，结构简单，通过不同宽度的高折射率介质柱结构，可以实现对可见光多波长的高效调控能力，对于多个波长同时入射实现独立的相位调控效果。本发明可以用于3‑DLP激光投影系统中的彩色成像合成器件来使用，对推进超表面在多波长应用等方面的发展具有重要意义。

技术领域

本发明涉及电磁波相位调控的技术领域，具体涉及一种基于介质柱结构的离轴入射多波长色散调控超表面。

背景技术

在彩色显示及成像系统中，由于材料对于不同波长的折射率不同，由色散引起的色差是不可避免的一个问题。色散其实是材料固有的一种属性，自从洛伦兹建立基于束缚电子谐振的色散模型以来，光与物质相互作用的色散问题得到了广泛研究。色差在系统中往往会造成信号的畸变并限制器件的工作带宽，色散控制就是用来消除这些不良影响的一种常用手段。色散控制一般可以分为两大类：色散的放大与色散的消除。其中在通信系统，如密集波分复用系统(Dense wavelength-division multiplexing,DWDM)中常需要分离不同波长的信号，这就需要对色散进行放大。同样在光纤通信系统中，色散可以用来抑制非线性效应(如谐波的产生及四波混频)。在光学工程领域，通过色散调控可以构建无色差的光学透镜或具有超强色差的慢光器件、分光器件或频谱分析仪等。但在成像系统中，不可控的色差是一个严重的问题，将会极大地影响到成像质量。为了解决这一问题，一般可以利用多种透镜组合的方式达到目的，例如双胶合透镜，正负透镜相互补偿。也可以用折衍射混合系统，通过衍射系统中的反常色差与折射系统的正常色差相互补偿来达到消除色差的目的。但基于折射原理的透镜、棱镜等传统光学器件，都需要通过光路累积的光程差来产生相移从而调控波前，因此不可避免有体积大、形状多样、不易集成的问题，使系统变得复杂。由于人们对器件轻薄易集成的追求，对于超表面器件的研究逐渐成为热点，但超表面在多数情况下，近似于衍射器件，存在着剧烈的色散，也限制了超表面器件的应用发展。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提出了一种基于介质柱结构的离轴入射多波长色散调控超表面，通过改变上层高折射率介质柱的宽度，能够对可见光多个波长实现高效独立的相位调控。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于介质柱结构的离轴入射多波长色散调控超表面，包括自上而下的介质柱，介质粘附层以及金属反射层，通过改变上层高折射率介质柱的宽度，能够对可见光多个波长实现高效独立的相位调控。其中上层为高折射率的介质纳米方形柱状结构，中间为介质粘附层，底层采用金属作为反射层。

其中，所述上层介质柱的中心间隔为p，其取值范围为pλ_min，λ_min为最小中心波长。

其中，所述上层介质柱的宽度为w，其取值范围为0.19λ_minwp，λ_min为最小中心波长。

其中，所述上层介质柱的高度为h₃，其取值范围为h₃≈λ₀，λ₀为平均中心波长。

其中，所述超表面位相具有独立调控能力，能够用于实现多波长的任意色散调控功能。

本发明具有的有益效果在于：

本发明设计巧妙，结构简单，利用高折射率的亚波长介质柱结构，实现对可见光多个波长的任意相位调控能力，该发明能够将不同角度离轴入射的不同波长的光，最终以同焦距在轴上共同聚焦的效果。本发明结构简单，效率高，能够进一步推广至多波长超表面器件的设计应用中。

附图说明

图1为本发明的超表面器件示意图，其中，(a)为器件局部示意图，(b)为器件单元结构示意图；

图2为单元结构对三个波长的相位响应随介质柱宽度变化的仿真结果；