[发明专利]基于全息零级和超表面几何相位的灰度纳米印刷设计方法

权利要求书

1.一种基于全息零级和超表面几何相位的灰度纳米印刷设计方法，其特征在于：全息零级作为灰度纳米印刷术信息通道，灰度图像信息被编码到超表面上纳米砖阵列的转角排布中；包括如下步骤：

S1：选择目标图像和参考光，并对目标图像进行强度补偿，得到物光的振幅分布；

S2：将补偿后的振幅分布和周期分布的相位相结合作为物光，将物光与参考光进行干涉叠加，计算出干涉强度分布对应的相位分布情况；

S3：根据半波片的性能需求来优化反射式纳米砖阵列中电介质纳米砖的几何参数，其中半波片的工作波长为可见光波段；具体为：

利用电磁仿真工具，仿真时，将左旋圆偏光垂直入射于反射式电介质纳米砖和基底的组合，以反射右旋圆偏光的转化效率为优化对象，寻找一组交叉偏振转化效率最高、同向偏振转化效率最低的几何参数；

S4：根据计算出的相位分布，确定电介质超表面纳米砖阵列中纳米砖的转角排布。

2.根据权利要求1所述的基于全息零级和超表面几何相位的灰度纳米印刷设计方法，其特征在于：所述步骤S1，具体为：

根据相位型光栅的傅里叶级数展开公式，采用第一类贝塞尔函数的逆函数对目标图像对应物光的振幅A_t(x，y)进行补偿：

其中，A_com(x，y)为补偿后的图像振幅分布，R为参考光的振幅分布，J₀为第一类零阶贝塞尔函数。

3.根据权利要求1或2所述的基于全息零级和超表面几何相位的灰度纳米印刷设计方法，其特征在于：所述步骤S2，具体为：

作为灰度纳米印刷术的电介质超表面上的相位分布表示为：

其中，I_f(x,y)为干涉叠加后的强度分布，为补偿后物光的相位分布。

4.根据权利要求3所述的基于全息零级和超表面几何相位的灰度纳米印刷设计方法，其特征在于：所述步骤S4，具体为：

根据步骤S2得到的相位分布和步骤S3得到的几何参数，纳米砖单元的转角α(x，y)等于对应单元相位大小的一半，且振幅分布均一，将优化后的纳米砖单元按照相位分布情况以所述对应关系排布在二氧化硅基底上。