[发明专利]应用于傅里叶三维全息的硅纳米砖阵列结构及其设计方法

摘要

本发明公开了一种应用于傅里叶三维全息的硅纳米砖阵列结构及其设计方法，所述硅纳米砖阵列结构是由硅纳米砖单元排列而成的阵列，硅纳米砖单元由介质基底和介质基底上刻蚀的硅纳米砖构成；所述阵列中，所有介质基底的长宽高相等，硅纳米砖的长宽高根据位相需求设计。该硅纳米砖阵列结构可使平行于纳米砖长边方向的线偏振光和平行于纳米砖宽边方向的线偏振光经全息片衍射后呈现不同全息图案；利用视差效应，并配合偏振眼镜，即可观察到高信噪比、大视角和良好体验的三维立体全息效果。本发明工艺简单，可广泛用于显示、传感、防伪、信息存储等领域。

主权项

1.应用于傅里叶三维全息的硅纳米砖阵列结构的设计方法，其特征是：所述硅纳米砖阵列结构是由硅纳米砖单元排列而成的阵列，硅纳米砖单元由介质基底和介质基底上刻蚀的硅纳米砖构成；介质基底和硅纳米砖均为长方体形，介质基底和硅纳米砖的长宽高均为亚波长尺度，介质基底的工作面及其工作面的相对面为正方形；介质基底和其上刻蚀的硅纳米砖的三组棱分别平行，且介质基底和其上刻蚀的硅纳米砖的中心点的连线垂直于介质基底工作面；所述阵列中，所有介质基底的长宽高相等；所有硅纳米砖的高相等，但长宽根据位相需求设计；所述设计方法包括：(1)建立硅纳米砖单元的工作面坐标系xoy，x轴方向和y轴方向分别与介质基底工作面的两组边平行；(2)根据目标全息图像要求确定工作波长λ和量化位相采样等级N，构建位相量化值组分别表示x轴方向和y轴方向的位相量化值，i＝0,1，...N‑1，j＝0,1，...N‑1，i、j相等或不相等；(3)采用电磁仿真法优化硅纳米砖单元的结构参数，结构参数包括硅纳米砖中平行于x轴方向和y轴方向的棱的长度Lx、Ly、硅纳米砖的高度H和介质基底工作面边长C；本步骤具体为：平行于x轴方向的线偏振光和平行于y轴方向的线偏振光同时垂直入射硅纳米砖单元工作面，以透射的平行于x轴方向的线偏振光和平行于y轴方向的线偏振光的效率及硅纳米砖单元的位相值组为优化指标，扫描硅纳米砖单元的结构参数，获得满足优化目标的结构参数；对各位相量化值组以透射效率最高、且与的差值绝对值小于预设值为优化目标，满足该优化目标的结构参数即对应的结构参数；所述预设值在0～15°范围内取值；所述和分别表示硅纳米砖单元x轴方向和y轴方向的位相值；(4)根据和分别计算硅纳米砖单元在x轴方向和y轴方向的周期d_x、d_y，其中，θ_x和θ_y分别表示目标全息图像在x轴方向和y轴方向的投影角度，m和n分别表示目标全息图像在x轴方向和y轴方向的像素数；(5)根据P＝dx/C和Q＝dy/C得单周期内硅纳米砖单元在x轴方向和y轴方向的数量P、Q；(6)采用傅里叶全息计算法获得目标全息图像的位相分布，基于步骤(3)的优化结果获得各位相对应的结构参数，根据位相分布得到全息片各位相对应处硅纳米砖单元的结构参数。