[发明专利]基于介质超表面的偏振发生器及其设计方法

摘要

本发明提供了一种基于介质超表面的偏振发生器及其设计方法。所设计偏振发生器由三组双振态聚焦超表面集成，根据抛物线型相位分布，分别将入射光的x线偏振分量和y线偏振分量、45°线偏振分量和135°线偏振分量，以及左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量提取并聚焦到透射面的六个不同位置。该透射型超表面由两层结构组成，基底和亚波长厚度的矩形柱阵列。透射性超表面的透射型共振单元由矩形纳米天线构成，利用双相位调制法，通过改变长和宽以及光轴旋转角，实现对不同偏振态的相位响应。本设计方法对于不同的入射波长，可以选择相应波段的高透性材料设计超表面，因此具有很高的灵活性，而且结构设计简单，便于加工，具有广泛的应用前景。

主权项

1.一种基于介质超表面的偏振发生器的设计方法，其特征在于：步骤如下：第一步：计算得出超表面每个单元共振器对不同偏振态的入射光的相位响应，选择矩形柱结构作为共振单元，经过优化，确定共振单元的最优高度；第二步：双相位响应超表面的设计，当θ＝0°，同时调整矩形柱的长度l和宽度w，实现任意的和的相位组合，从而实现一个单元共振器对x线偏振态和y线偏振态的同时相位调制；当θ＝45°，同时调整矩形柱的长度l和宽度w，实现任意的和的相位组合，实现一个单元共振器对45°线偏振态和135°线偏振态的同时相位调制；矩形柱长度l和宽度w固定，只改变旋转角度θ，得到共振单元对圆偏振态的相位调制；第三步：三组双偏振态聚焦超表面的设计。根据聚焦公式：其中，λ是入射波长，f为透镜的焦距，x₀和y₀表示焦点坐标位置，将不同的焦点坐标代入公式，得到阵列结构里面每一个共振器对于入射偏振光的相位响应，进而得到矩形柱共振器的长宽两个参数或者旋转角度；第四步：偏振发生器的集成，将上述三组超表面组合成一个完整结构。