[发明专利]一种多重信息复用超表面及其设计方法

权利要求书

1.一种多重信息复用超表面，其特征在于，包括：基底、纳米砖阵列；所述纳米砖阵列沉积在所述基底上；所述基底划分为多个尺寸一致的单元结构，所述纳米砖阵列包括多个纳米砖，每个所述单元结构的工作面上设有一个所述纳米砖；

第一线偏振光入射时，复用超表面在近场显示第一二维码；第二线偏振光入射时，所述复用超表面在近场显示第二二维码；圆偏振光入射时，所述复用超表面在远场形成全息图案；

所述单元结构的工作面为正方形，所述纳米砖为长方体形，所述基底和所述纳米砖的尺寸均为亚波长级；

所述多个纳米砖包括第一数量的第一纳米砖、第二数量的第二纳米砖、第三数量的第三纳米砖；

在工作波长下，所述第一纳米砖用于实现半波片的功能，所述第二纳米砖用于实现四分之一波片的功能，所述第三纳米砖用于实现各向同性结构的功能。

2.根据权利要求1所述的多重信息复用超表面，其特征在于，以所述单元结构的两边为x轴和y轴，以所述纳米砖的长边为长轴，以所述长轴与x轴的夹角为纳米砖的转向角θ；

所述复用超表面的工作模式包括第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式；

所述第一工作模式下，入射的所述第一线偏振光的偏振方向与x轴的夹角为0，入射光通过纳米砖后，由检偏方向沿y轴的检偏器检偏，所述复用超表面在近场显示第一二维码；

所述第二工作模式下，入射的所述第二线偏振光的偏振方向与x轴的夹角为-45°，入射光通过纳米砖后，由检偏方向与x轴夹角为45°的检偏器检偏，所述复用超表面在近场显示第二二维码；

所述第三工作模式下，入射光为所述圆偏振光，所述复用超表面在远场形成全息图案。

3.根据权利要求2所述的多重信息复用超表面，其特征在于，在所述第一工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第一纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为sin²2θ，sin²2θ表示所述第一纳米砖对应的第一出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第二纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为表示所述第二纳米砖对应的第二出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第三纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为0，0表示所述第三纳米砖对应的第三出射光强。

4.根据权利要求2所述的多重信息复用超表面，其特征在于，在所述第二工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第一纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为cos²2θ，cos²2θ表示所述第一纳米砖对应的第四出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第二纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为表示所述第二纳米砖对应的第五出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第三纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为0，0表示所述第三纳米砖对应的第六出射光强。

5.根据权利要求2所述的多重信息复用超表面，其特征在于，在所述第三工作模式下，入射光通过转向角为θ的纳米砖后，相位调制量为2θ，产生相位型傅里叶全息图。

6.根据权利要求1所述的多重信息复用超表面，其特征在于，所述基底采用熔融石英玻璃材料制成，所述纳米砖采用电介质材料制成。