[发明专利]可实现全息加密的双层超表面

说明书

本发明公开了一种可实现全息加密的双层超表面，涉及微纳光学及信息加密领域。该双层超表面包含第一超表面和第二超表面，可以实现全息图像的加密显示。该双层超表面中，第一超表面上的纳米砖随机分布为纳米起偏器、纳米半波片和纳米1/4波片，作为密钥，第二超表面上的纳米砖可以看作是纳米半波片，当任意偏振态的光入射，通过第一超表面后，透射光的相位受到调制，通过第二超表面后，透射光的相位再次受到调制，在远场重建出全息图像。本发明可应用于信息加密、防伪等领域。

技术领域

本发明涉及微纳光学及信息加密领域，具体涉及一种可实现全息加密的双层超表面。

背景技术

超表面作为一种超薄的亚波长结构，可以设计实现很多功能，如大数值孔径透镜、角反射器、涡旋光发生器、消色差透镜、纳米印刷等。超表面也可以用来实现全息，与传统光学元件相比，超表面全息术不需要真实物体就能记录全息信息，其具有设计灵活、空间分辨率高、集成度高等诸多优势。目前超表面全息信息显示未经加密，图像可被直接观察到。加密后的全息信息有利于提高信息传递的安全性，还可为信息加密、防伪等领域提供一种新的技术方案。因此，加密全息具有很好的应用发展前景。

发明内容

本发明提出一种可实现全息加密的双层超表面，其包含第一超表面和第二超表面，第一超表面作为密钥，对入射光波进行相位调制，通过第二超表面再次对透射光进行相位调制，在远场重建出加密的全息信息。

为实现上述目的，本发明提供了一种可实现全息加密的双层超表面，该双层超表面包含第一超表面和第二超表面，可以实现全息图像的加密显示。该双层超表面中，第一超表面上的纳米砖随机分布为纳米起偏器、纳米半波片和纳米1/4波片，作为密钥，第二超表面上的纳米砖可以看作是纳米半波片，当任意偏振态的光入射，通过第一超表面后，透射光的相位受到调制，通过第二超表面后，透射光的相位再次受到调制，在远场重建出全息图像。所述第一超表面和第二超表面均由基底和纳米砖阵列构成，基底划分为多个单元结构，每个单元结构的工作面为边长为C的正方形，每个工作面上均设有纳米砖，其作为纳米起偏器的结构尺寸为长L₁，宽W₁，高H₁，其作为纳米半波片的结构尺寸为长L₂，宽W₂，高H₂，其作为纳米1/4波片的结构尺寸为长L₃，宽W₃，高H₃，这是根据选定的所述入射光波长，通过电磁仿真优化得到。以单元结构直角为x轴和y轴建立xoy坐标系，纳米砖长边为长轴，短边为短轴，第一超表面的纳米砖长轴与x轴夹角为纳米砖转角θ₁，第二超表面的纳米砖长轴与x轴夹角为纳米砖转角θ₂。

在上述技术方案基础上，作为优选，所述的第一超表面和第二超表面的基底为熔融石英玻璃材料，所述的第一超表面和第二超表面的纳米砖为硅材料。

在上述技术方案基础上，通过优化设计，在工作波长下，所述第一超表面和第二超表面为透射式工作，第一超表面上的纳米砖随机分布为纳米起偏器、纳米半波片和纳米1/4波片，第二超表面上的纳米砖均为纳米半波片。当任意偏振态的光入射至所述第一超表面，其透射光的相位会受到调制，透射光继续透过所述第二超表面时，其相位会再次受到调制。当任意偏振态的入射光为透射光依次通过纳米起偏器和纳米半波片后的琼斯矩阵由下式说明：

透射光依次通过纳米半波片和纳米半波片后的琼斯矩阵由下式说明：

透射光依次通过纳米1/4波片和纳米半波片后的琼斯矩阵由下式说明：

即透射光中左旋圆偏光和右旋圆偏光的相位均受到调制。