[发明专利]一种基于PB相位实现全空间可视范围全息像的平面全息图设计方法

说明书

本发明提供一种基于PB相位实现全空间可视范围全息像的平面全息图设计方法，所用示例结构包括一层玻璃基底及金属矩形孔结构。本发明通过引入亚波长结构并对入射平面波相位进行人为调控，由于使用PB相位的方式来达到相位调控的目的，故设计的超表面器件具备宽工作波段的效果。我们使用红、绿、蓝三原色的激光从不同角度照明全息图，在反射场与透射场红绿蓝三原色激光分别重合实现不同图形的彩色全息显示。该种实现彩色全息图的方式相对于目前一般超表面全息方式而言，能够得到全空间的可视范围，提升了全息图的视场角达到一倍以上。

技术领域

本发明涉及光场调控领域，特别涉及一种基于PB相位实现全空间可视范围全息像的平面全息图设计方法。

背景技术

全息技术能够记录并再现物体的相位及振幅信息，是一种理想的虚拟显示技术。传统全息技术需要实际的干涉光路来获得目标物体的全息图，曝光、显影过程复杂，且难于实现现实中不存在物体的全息图，受到了很大的应用限制。计算全息技术的提出很好地解决了上述问题，可以方便地与多种加工设备对接，大大推动了全息技术的发展。但是实际所获计算全息图性质受到编码材料的限制，常用的编码材料(例如空间光调制器，数字微反镜等)由于像素尺寸太大，造成全息成像视场角受限，给全息像的实际观察带来了很大的不方便。

近年来，通过使用亚波长结构的人工材料，实现了很多传统材料难于实现的新颖的效果，例如：超分辨成像，电磁隐身，轨道角动量产生器，全息成像等等。随着加工技术的进步，深度亚波长结构加工成为可能，但是深度亚波长结构带来了频谱信息到达了倏逝波区域。倏逝波区域的信息并不能在自由空间中传播。研究者们常常使用频谱信息在传输波区域的信息来编码目标像，造成了信息容量的浪费。此外，由于人们常常满足于单一透射场或者反射场的调控，只能做到透射空间或者反射空间的任意位置观察效果，这样难以做到全息空间可视的全息成像。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种基于PB相位实现全空间可视范围全息像的平面全息图设计方法。对于PB相位的分析我们知道，如果入射光偏振态发生变化，例如左旋圆偏振光变成右旋圆偏振光，则相位调控发生相位反转。结合全息相位反转后的效果与离轴入射带来的频谱移动方向，可以实现反透射的独立光场调控，实现全空间可视的全息成像。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种基于PB相位实现全空间可视范围全息像的平面全息图设计方法，使用红绿蓝三原色激光从不同方向入射全息图，透射及反射的红绿蓝三原色激光混合形成不同的彩色全息成像，PB相位示例结构包括至下而上依次排列的透明介质基底以及金属矩形孔表面结构。

其中，所述红绿蓝三色激光入射角度分别为(θ_1x,θ_1y,θ_1z),(θ_2x,θ_2y,θ_2z),(θ_3x,θ_3y,θ_3z)。其中各个角度取值范围为0≤θ_1x≤90,0≤θ_1y≤90,-90≤θ_1z≤90；0≤θ_2x≤90,0≤θ_2y≤90,-90≤θ_2z≤90；0≤θ_3x≤90,0≤θ_3y≤90,-90≤θ_3z≤90。

其中，所述介质基底的厚度h，其取值无固定要求，以满足支撑整个样品力学要求即可。

其中，所述金属层的厚度d，其取值为d＝75nm。

其中，所述金属矩形孔的长度L和宽度W，其长度取值为L＝360nm，宽度取值W＝120nm。

其中，所述金属矩形孔能在x-y平面旋转。旋转角度为其旋转角度的取值范围为度。

其中，所述金属矩形孔周期为P，其取值为P＝500nm。