[发明专利]基于偏振和轨道角动量加密的超表面全息方法

权利要求书

1.基于偏振和轨道角动量加密的超表面全息方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1)利用优化的计算生成全息图方法(CGH)生成与偏振通道数量相同的三幅全息图，其中前两幅全息图与第三幅全息图具有关联关系，即满足式(1)；

分别表示理想全息图在三个偏振通道的相位；l₁,l₂,l₃分别表示不同大小的拓扑电荷数；表示方位角；

对于多个偏振通道，利用由具有不同矩形横截面的介质柱阵列组成双折射介质超表面；每个介质柱视为琼斯矩阵，所述琼斯矩阵将输入场连接到输出场；由于结构单元的非手性对称性，交叉偏振通道T_xy和T_yx是相同的；单位琼斯矩阵能够分解为两个旋转矩阵和对角矩阵的乘法，如下所示：

其中，Δ表示单位琼斯矩阵J的特征向量，V表示旋转矩阵、R表示取向角为θ的旋转矩阵；是与偏振相关的相位；为了在所有四个线性偏振通道中进行复用，涉及具有介质柱的透射幅度A的琼斯矩阵，式(2)琼斯矩阵进一步表示如下：

因此，在交叉偏振通道中获得另一个相位调制自由度，即第三幅全息图；则前两幅全息图与第三幅全息图满足式(1)；

全息图中分别包含或的特征相位分布以获得轨道角动量选择性，并且在不同的偏振通道中独立地选择不同的拓扑电荷数；当全息图被带有与入射光束中携带相反轨道角动量的偏振光照射时，相应的编码相位(或)被“淬灭”，并且出射光场具有所需的相位(或)和当全息图被带有与入射光束中携带非相反轨道角动量的偏振光照射时，重建的图像变得模糊；

步骤2)用于实现偏振和轨道角动量加密的全息超表面是由多个不同几何尺寸且横截面为矩形的介质柱阵列构成；扫描每个介质柱的长和宽，确定介质柱对平面光束的复振幅调制特性，得到相位图；根据所得相位图得到每个介质柱的双折射特性；

步骤3)依据步骤2)得到的双折射特性以及贝里相位原理，根据步骤1)得到的全息图排布每个介质柱，进而构成超表面；生成加工文件，并加工，得到实体超表面结构；

步骤4)将介质超表面放到光路中，通过控制入射光和出射光的偏振态以及入射光的轨道角动量照射到超表面上，在超表面的傅里叶平面上可得到对应的全息重建像；通过改变入射光的轨道角动量还可以在同一偏振通道得到不同的重建像，以此达到加密或者提高信息存储密度或消除各个偏振通道间及轨道角动量间的串扰的目的。

2.如权利要求1所述的基于偏振和轨道角动量加密的超表面全息方法，其特征在于：所述的优化的全息图方法为：在传统的计算全息图生成基础上加入轨道角动量参量作为调制因素，并且在生成全息图的过程中使得三幅全息图满足式(1)的关联关系。