本發(fā)明涉及全息技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于線性微納結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅全息調(diào)制方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，計(jì)算全息技術(shù)中的一個(gè)重要研究方向，是運(yùn)用微納結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超表面(metasurface)實(shí)現(xiàn)全息圖像顯示。與傳統(tǒng)的空間光調(diào)制器類似，亞波長空間光調(diào)制器通過排列不同的調(diào)制單元實(shí)現(xiàn)對入射光的調(diào)制。通過將線性微納結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超表面(metasurfacce)作為亞波長空間光調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)全息顯示是全息技術(shù)的一個(gè)熱門方向。通過設(shè)置不同的線性微納結(jié)構(gòu)單元，例如亞波長級(jí)納米棒、開口環(huán)等來對全息圖進(jìn)行編碼，可以實(shí)現(xiàn)對入射光的復(fù)振幅調(diào)制。

由于調(diào)制單元需要對入射光進(jìn)行復(fù)振幅調(diào)制，即對入射光的位相調(diào)制和振幅調(diào)制需要相互獨(dú)立，所以至少需要同時(shí)在一個(gè)調(diào)制單元上引入兩個(gè)參數(shù)來滿足調(diào)制要求，例如針對納米級(jí)開口環(huán)，可以通過對環(huán)的開口大小和開口方向?qū)崿F(xiàn)對振幅和位相的調(diào)制。但是由于兩個(gè)參數(shù)在實(shí)際中存在誤差，所以在實(shí)際應(yīng)用而言引入了較多的數(shù)據(jù)并加大了實(shí)際操作難度，不利于實(shí)際加工。若使用位相調(diào)制單元可以降低所需參數(shù)并降低加工成本，但是僅能對入射光的位相信息進(jìn)行調(diào)制，無法實(shí)現(xiàn)對入射光的復(fù)振幅調(diào)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的基于線性微納結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅全息調(diào)制方法與系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種線性微納結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅全息調(diào)制方法，包括：

S1，將線性微納結(jié)構(gòu)的每兩個(gè)位相調(diào)制單元?jiǎng)澐譃橐粋€(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元；

S2，基于所述復(fù)振幅調(diào)制單元，對每個(gè)位相調(diào)制單元進(jìn)行位相編碼，以對入射光進(jìn)行復(fù)振幅編碼調(diào)制，獲得復(fù)振幅全息圖。

進(jìn)一步，所述S1進(jìn)一步包括：將兩個(gè)相鄰的所述位相調(diào)制單元?jiǎng)澐譃橐粋€(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元。

進(jìn)一步，所述S2進(jìn)一步包括：

S2.1，調(diào)整所述位相調(diào)制單元的特定參數(shù)實(shí)現(xiàn)位相編碼；

S2.1，將所述入射光分別經(jīng)過編碼后的兩個(gè)位相調(diào)制單元的出射光進(jìn)行疊加，獲得復(fù)振幅全息圖。

具體的，所述線性微納結(jié)構(gòu)由圓環(huán)形天線結(jié)構(gòu)、V形天線結(jié)構(gòu)及金屬棒形天線結(jié)構(gòu)中的任意一種結(jié)構(gòu)成片組成；每個(gè)位相調(diào)制單元包括所述線性微納結(jié)構(gòu)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)。

具體的，所述特定參數(shù)為所述線性微納結(jié)構(gòu)的一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

具體的，基于金屬棒形天線位相調(diào)制單元，設(shè)置金屬棒形天線相同的粗細(xì)及長度，調(diào)整金屬棒形天線的放置角度實(shí)現(xiàn)位相調(diào)制。

具體的，基于圓環(huán)形天線位相調(diào)制單元，設(shè)置圓環(huán)形天線相同的開口大小及圓環(huán)內(nèi)外半徑，調(diào)整圓環(huán)形天線的開口方向?qū)崿F(xiàn)位相調(diào)制。

具體的，基于V形天線位相調(diào)制單元，設(shè)置V形天線相同的粗細(xì)長度及張角大小，調(diào)整V形天線的張角方向?qū)崿F(xiàn)位相調(diào)制。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種線性微納結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅全息調(diào)制系統(tǒng)，包括：

調(diào)制單元?jiǎng)澐帜K，用于將線性微納結(jié)構(gòu)的每兩個(gè)位相調(diào)制單元?jiǎng)澐譃橐粋€(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元；

復(fù)振幅調(diào)制模塊，用于基于所述復(fù)振幅調(diào)制單元，對每個(gè)位相調(diào)制單元進(jìn)行位相編碼，以對入射光進(jìn)行復(fù)振幅編碼調(diào)制，獲得復(fù)振幅全息圖。

本申請?zhí)岢龅囊环N線性微納結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅全息調(diào)制方法，將線性微納結(jié)構(gòu)的位相調(diào)制單元進(jìn)行兩兩組合劃分為一個(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元，通過對所述復(fù)振幅調(diào)制單元的每個(gè)位相調(diào)制單元進(jìn)行位相調(diào)制，即可對入射光的振幅和位相信息進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)制，獲得復(fù)振幅全息圖影像。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種線性微納結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅全息調(diào)制方法流程圖；

圖2為本發(fā)明所述線性微納結(jié)構(gòu)實(shí)施例示意圖；

圖3為本發(fā)明所述復(fù)振幅全息圖復(fù)現(xiàn)示意圖；

圖4為本發(fā)明一種線性微納結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅全息調(diào)制系統(tǒng)示意圖。

附圖標(biāo)記說明

1、線性微納結(jié)構(gòu)，11、位相調(diào)制單元，12、兩個(gè)位相調(diào)制單元合成的一個(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元，2、入射光，3、復(fù)振幅全息圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，一種線性微納結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅全息調(diào)制方法，包括：

S1，將線性微納結(jié)構(gòu)的每兩個(gè)位相調(diào)制單元?jiǎng)澐譃橐粋€(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元；

S2，基于所述復(fù)振幅調(diào)制單元，對每個(gè)位相調(diào)制單元進(jìn)行位相編碼，以對入射光進(jìn)行復(fù)振幅編碼調(diào)制，獲得復(fù)振幅全息圖。

本發(fā)明將線性微納結(jié)構(gòu)的位相調(diào)制單元進(jìn)行兩兩組合劃分為一個(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元，通過對所述復(fù)振幅調(diào)制單元的每個(gè)位相調(diào)制單元進(jìn)行位相調(diào)制，即可對入射光的振幅和位相信息進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)制，獲得復(fù)振幅全息圖影像。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，所述S1進(jìn)一步包括：將兩個(gè)相鄰的所述位相調(diào)制單元?jiǎng)澐譃橐粋€(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元。

如圖2所示，為本發(fā)明所述線性微納結(jié)構(gòu)實(shí)施例示意圖，本實(shí)施例中所述線性微納結(jié)構(gòu)1由納米級(jí)金屬棒結(jié)構(gòu)組成，每個(gè)金屬棒作為一個(gè)位相調(diào)制單元11，兩個(gè)位相調(diào)制單元11組成一個(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元12。所述位相調(diào)制單元11通過對其金屬棒的粗細(xì)和方向的調(diào)制來實(shí)現(xiàn)對入射光的位相和振幅的調(diào)制，實(shí)現(xiàn)全息調(diào)制。

圖2中標(biāo)記位相調(diào)制單元11和復(fù)振幅調(diào)制單元12的第一部分為標(biāo)記線性微納結(jié)構(gòu)1的第二部分的放大圖，所述第一部分共包含5*6即30個(gè)位相調(diào)制單元11，相鄰的兩個(gè)位相調(diào)制單元11劃分為一個(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元12。本發(fā)明將兩個(gè)位相調(diào)制單元11合為一個(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元12，以復(fù)振幅調(diào)制單元12為單位，通過對每個(gè)位相調(diào)制單元11進(jìn)行位相編碼而實(shí)現(xiàn)對入射光的復(fù)振幅調(diào)制，獲得復(fù)振幅全息圖。

所述復(fù)振幅編碼調(diào)制可表示為cos A exp(jB)，表示對入射光的位相和振幅分別進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)制，從獲得復(fù)振幅出射光。通過兩個(gè)位相調(diào)制單元實(shí)現(xiàn)S2中所述復(fù)振幅編碼調(diào)制滿足：

cos A為出射光的振幅信息，取值為0～1，則A的取值范圍為0～2π；exp(jB)表示為出射光的位相信息，B的取值范圍為0～2π。

通過上式的推導(dǎo)可以看到，任意目標(biāo)出射光cos(A)exp(jB)的振幅信息和位相信息最后可表示為兩個(gè)位相信息相加的結(jié)果，即

兩個(gè)位相調(diào)制結(jié)果可由兩個(gè)調(diào)制單元組合對入射光進(jìn)行位相調(diào)制從而得到，其中入射光經(jīng)過調(diào)制單元后振幅變?yōu)樵瓉淼?/2，位相信息分別變?yōu)閑xp[j(B+A)]和exp[j(B-A)]。

由于線性微納結(jié)構(gòu)1的每個(gè)位相調(diào)制單元11都可以獨(dú)立進(jìn)行位相調(diào)制，因此在具體實(shí)施中，可以將兩個(gè)位相調(diào)制單元11分別進(jìn)行位相調(diào)制后的出射光疊加，從而獲得復(fù)振幅出射光，實(shí)現(xiàn)復(fù)振幅全息圖影像的再現(xiàn)，由此避免了需要對調(diào)制單元設(shè)置兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)制導(dǎo)致數(shù)據(jù)量大、加工操作難度加大且誤差大的問題。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，所述S2進(jìn)一步包括：

S2.1，調(diào)整所述位相調(diào)制單元的特定參數(shù)實(shí)現(xiàn)位相編碼；

S2.1，將所述入射光分別經(jīng)過編碼后的兩個(gè)位相調(diào)制單元的出射光進(jìn)行疊加，獲得復(fù)振幅全息圖。

本發(fā)明基于線性微納結(jié)構(gòu)，通過每兩個(gè)位相調(diào)制單元合為一個(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元進(jìn)行位相編碼，將所述兩個(gè)位相調(diào)制單元分別調(diào)制后的出射光相疊加而獲得復(fù)振幅全息圖。

圖3為本發(fā)明所述復(fù)振幅全息圖復(fù)現(xiàn)示意圖，入射光2射入所述線性微納結(jié)構(gòu)1，出射后即再現(xiàn)了復(fù)振幅全息圖3。所述入射光2可為線偏振光或圓偏振光。

具體實(shí)施為：

步驟1：通過對所述復(fù)振幅全息圖計(jì)算獲得對每個(gè)位相調(diào)制單元的編碼結(jié)果，且對線性微納結(jié)構(gòu)的每個(gè)位相調(diào)制單元進(jìn)行了與所述編碼結(jié)果相對應(yīng)的編碼。

步驟2：通過激光光源、起偏器、波片和凸透鏡的組合即可得到所需的線偏振光或圓偏振光作為入射光。具體的組合方式根據(jù)入射光是線偏振光或者是圓偏振光而有所不同。

步驟3：入射光經(jīng)過由線性微納結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超表面即可在后面的光路上觀察到三維再現(xiàn)影像。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，所述線性微納結(jié)構(gòu)由圓環(huán)形天線結(jié)構(gòu)、V形天線結(jié)構(gòu)及金屬棒形天線結(jié)構(gòu)中的任意一種結(jié)構(gòu)成片組成；每個(gè)位相調(diào)制單元包括所述線性微納結(jié)構(gòu)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，所述特定參數(shù)為所述線性微納結(jié)構(gòu)的一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，基于金屬棒形天線位相調(diào)制單元，設(shè)置金屬棒形天線相同的粗細(xì)及長度，調(diào)整金屬棒形天線的放置角度實(shí)現(xiàn)位相調(diào)制。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，基于圓環(huán)形天線位相調(diào)制單元，設(shè)置圓環(huán)形天線相同的內(nèi)外半徑及開口大小，調(diào)整圓環(huán)形天線的開口方向?qū)崿F(xiàn)位相調(diào)制。

作為一個(gè)可選的實(shí)施例，基于V形天線位相調(diào)制單元，設(shè)置V形天線相同粗細(xì)長度及張角大小，調(diào)整V形天線的張角方向?qū)崿F(xiàn)位相調(diào)制。

以上是根據(jù)所述線性微納結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)位相調(diào)制的不同的處理方法。以上列舉了環(huán)形天線結(jié)構(gòu)、V形天線結(jié)構(gòu)及金屬棒形天線結(jié)構(gòu)的線性微納結(jié)構(gòu)，但不限于此，對于其他任意結(jié)構(gòu)的線性微納結(jié)構(gòu)，只要它的每個(gè)調(diào)制單元具有位相編碼調(diào)制的功能，就可以適用于本發(fā)明。

如圖4所示，本發(fā)明還提供一種線性微納結(jié)構(gòu)的復(fù)振幅全息調(diào)制系統(tǒng)，包括：

調(diào)制單元?jiǎng)澐帜K，用于將線性微納結(jié)構(gòu)的每兩個(gè)位相調(diào)制單元?jiǎng)澐譃橐粋€(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元；

復(fù)振幅調(diào)制模塊，用于基于所述復(fù)振幅調(diào)制單元，對每個(gè)位相調(diào)制單元進(jìn)行位相編碼，以對入射光進(jìn)行復(fù)振幅編碼調(diào)制，獲得復(fù)振幅全息圖。

本發(fā)明通過將兩個(gè)位相調(diào)制單元(亞元)組合為一個(gè)復(fù)振幅調(diào)制單元，結(jié)合線性微納結(jié)構(gòu)超表面與數(shù)學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了僅通過位相調(diào)制單元即可實(shí)現(xiàn)對入射光的復(fù)振幅調(diào)制的方法，其誤差小精度高，對線性微納結(jié)構(gòu)的加工簡單，降低了實(shí)際應(yīng)用成本，具有良好的應(yīng)用前景。

最后，本申請的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。