[发明专利]超表面、超表面设计方法和器件

权利要求书

1.一种超表面，其特征在于，包括：

基底和单层电介质纳米结构，其中，所述单层电介质纳米结构置于所述基底之上；所述单层电介质纳米结构为各向异性结构，其中，所述单层电介质纳米结构的尺寸为亚波长尺度，所述单层电介质纳米结构的方位角为所述单层电介质纳米结构的长轴与X轴之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的超表面，其特征在于，

所述单层电介质纳米结构的琼斯矩阵为

其中T_l，T_s，分别为所述单层电介质纳米结构沿长轴与短轴方向上的透射率和相位调制量。

3.权利要求2所述的超表面，其特征在于，

所述单层电介质纳米结构在所述长轴与所述短轴方向上具有相同的透射率系数，其中，T_l＝T_s＝T；所述单层电介质纳米结构在所述长轴与所述短轴方向上的相位延迟量为π，即

所述单层电介质纳米结构在线偏振入射条件下对线偏振入射光的正交圆偏振分量的作用表示为：当琼斯矢量为[1 0]^T的线偏振光通过方位角为θ的所述单层电介质纳米结构时，出射光的琼斯矢量为：

其中，为传输相位，所述式(1)式，用于指示所述单层电介质纳米结构会对右旋圆偏振分量[1 -i]^T和左旋圆偏振分量[1 i]^T分别施加两种独立的相位调制作用，其中，表示为表示为

所述单层电介质纳米结构的方位角与所述长轴和所述短轴相位调制量满足：

4.根据权利要求3所述的超表面，其特征在于，

所述单层电介质纳米结构以2×2的正方形晶格形式组成宏像素；所述宏像素中正对角线上两个纳米结构命名为C₁和C₂，反对角线上两个纳米结构命名为C₃和C₄；所述宏像素中的C₁和C₂作用于通道一，所述纳米结构C₃和C₄作用于通道二。

5.根据权利要求4所述的超表面，其特征在于，

所述单层电介质纳米结构横截面形状为几何图形，所述几何图形包括：长方形，椭圆形；

所述单层电介质纳米结构采用低损耗高折射率电介质材料，用于对入射光产生调制作用，其中，所述低损耗高折射率电介质材料包括：硅、氮化硅、氮化镓或二氧化钛。

6.根据权利要求1或5所述的超表面，其特征在于，所述单层电介质纳米结构采用周期性排布组成所述宏像素，每个单层电介质纳米结构周期基底的单元边长为P；所述宏像素采用周期性排布组成单层电介质超表面，每个宏像素周期基底的单元边长为2P。

7.根据权利要求1或5所述的超表面，其特征在于，所述基底采用无损耗低折射率透明材料，对入射光不产生调制作用，其中，所述无损耗低折射率透明材料包括：玻璃、蓝宝石或氟化钙。