寬帶電磁波相位調(diào)控的方法和超表面亞波長結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種寬帶電磁波相位調(diào)控的方法和一種超表面亞波長結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用亞波長結(jié)構(gòu)作為超表面的基本單元，按照預(yù)定相位所決定的規(guī)則排列形成陣列，在0到2π之間產(chǎn)生空間連續(xù)和頻譜消色差的幾何相位分布，從而實現(xiàn)相位在二維平面內(nèi)的連續(xù)調(diào)控。本發(fā)明的相位調(diào)控方法和設(shè)備的工作帶寬可覆蓋整個電磁頻譜，根據(jù)這種亞波長結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的相位分布可設(shè)計多種光學(xué)器件，如反射聚焦/成像元件、透射聚焦/成像元件、棱鏡、軌道角動量產(chǎn)生器等。作為相位調(diào)控的擴展，本發(fā)明也可實現(xiàn)其他新型的電磁波功能，例如寬帶吸收以及雷達散射截面縮減。
【專利說明】
寬帶電磁波相位調(diào)控的方法和超表面亞波長結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光場調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電 磁波相位調(diào)控的方法和超表面亞波長結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 相位調(diào)控在各種光學(xué)元件中起著關(guān)鍵作用。特別是在包括平面透鏡、分束器、棱鏡 等的平面光子器件中，在平面內(nèi)實現(xiàn)光學(xué)相位[0,360°]范圍調(diào)節(jié)是相關(guān)技術(shù)的核心技術(shù)。
[0003] 傳統(tǒng)的相位調(diào)控技術(shù)包括以下幾種：
[0004] 1.改變光學(xué)材料的面型和厚度d(如傳統(tǒng)曲面光學(xué)透鏡和微透鏡），Φ=1?1，通過厚 度變化實現(xiàn)相位調(diào)控；
[0005] 2.在厚的（d~λ)金屬薄膜上制備納米尺寸的小孔，通過調(diào)節(jié)小孔的尺寸來改變相 位延遲。例如中國發(fā)明專利CN201310312163.9 "基于人工電磁材料的表面等離激元透鏡"描 述了這種技術(shù)；
[0006] 3.在厚的金屬膜層或介質(zhì)材料上制備亞波長小孔，通過改變等效折射率實現(xiàn)梯度 折射率分布，從而調(diào)節(jié)相位延遲。例如中國發(fā)明專利CN200710176013.4"一種三維亞波長金 屬結(jié)構(gòu)透鏡"、中國發(fā)明專利CN200810104602.6"一種深度調(diào)制三維亞波長金屬結(jié)構(gòu)透鏡" 和中國發(fā)明專利CN201410317149.2"一種具有振幅和相位調(diào)控的亞波長孔結(jié)構(gòu)陣列"描述 了這種技術(shù)；
[0007] 4.在厚度遠小于波長(d〈a)的金屬薄膜或介質(zhì)材料上制備離散的金屬天線或納 米棒，通過旋轉(zhuǎn)金屬天線或納米棒，實現(xiàn)非均勾的幾何相位分布。例如中國實用新型專利 201520096254.8" 一種透射式娃納米陣列光分束器"描述了這種技術(shù)。
[0008] 在上述第2、3、4種技術(shù)中，通常是一個單元結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個相位分布，所形成的相位 分布是離散性的，并且很難實現(xiàn)寬帶性能。
[0009]傳統(tǒng)振幅型衍射元件存在高階的衍射級次，無法實現(xiàn)對相位的調(diào)控;而傳統(tǒng)相位 型衍射光學(xué)元件也是通過厚度改變來實現(xiàn)相位調(diào)控，使得元件的尺寸、重量都很大，不能滿 足當前各種應(yīng)用走向高效集成化和一體化的趨勢。
[0010] 近年來，作為一種二維超材料，基于亞波長結(jié)構(gòu)的超表面結(jié)構(gòu)被證實可以實現(xiàn)電 磁波振幅、相位和偏振態(tài)的全面調(diào)控。利用超表面輔助的反射和折射定律，波前可以被任意 調(diào)制。超表面結(jié)構(gòu)豐富獨特的物理特性及其對電磁波的靈活調(diào)控能力使其在隱身技術(shù)、天 線技術(shù)、微波和太赫茲器件、光電子器件等諸多領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。但是，隨著研究 的深入，亞波長結(jié)構(gòu)超表面的帶寬問題成為限制其實際應(yīng)用的重要障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明提出了一種利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方法和超 表面亞波長結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的通過亞波長結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的相位分布決定于表面結(jié)構(gòu)形式。
[0012] 本發(fā)明提供了一種利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方法，包括 以下步驟：（1)對預(yù)先定義的空間變化的相位分布函數(shù)進行積分，得到一條曲線；（2)由所述 曲線所限定的閉合區(qū)域限定了所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀，所述亞波長結(jié)構(gòu)充當超表 面的基本單元，按照預(yù)定相位所決定的規(guī)則排列形成亞波長結(jié)構(gòu)陣列；以及用圓偏振光照 射所述超表面亞波長結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生具有所述空間變化的相位的光束。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提出了一種超表面亞波長結(jié)構(gòu)，包括：由多個亞波長 結(jié)構(gòu)基本單元，其中所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元按照預(yù)定相位所決定的規(guī)則排列而形成超表 面亞波長結(jié)構(gòu)陣列，其中所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀由以下曲線限定：（1)對預(yù)先定義 的空間變化的相位分布函數(shù)進行積分，得到一條曲線；（2)由所述曲線所限定的閉合區(qū)域限 定了所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的單個亞波長結(jié)構(gòu)即可在[0,2 幻范圍產(chǎn)生的線性相位分布，結(jié)合亞波長結(jié)構(gòu)的光學(xué)和拓撲特性，本發(fā)明能夠在納米量級 的單膜層中控制光子，可在平面內(nèi)實現(xiàn)任意的相位分布，并且能夠在超寬頻譜范圍(覆蓋紅 外、太赫茲、微波等波段)工作，帶寬遠遠超過傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，可用于構(gòu)建超薄、輕量化的光 學(xué)器件。
【附圖說明】
[0015] 圖1為圓偏振光垂直入射在本發(fā)明實施例的亞波長結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0016] 圖2為單個亞波長結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖（SEM);
[0017] 圖3為圓偏振光通過單個亞波長結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自旋-霍爾效應(yīng)的光強測試圖；
[0018] 圖4為圓偏振光通過單個亞波長結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自旋-霍爾效應(yīng)的光強仿真圖；
[00?9 ]圖5為本發(fā)明實施例的另一個超表面亞波長結(jié)構(gòu)樣品的掃描電鏡圖（SEM);
[0020] 圖6為本發(fā)明實施例的通過亞波長結(jié)構(gòu)陣列使光束發(fā)生偏折的衍射示意圖；
[0021] 圖7為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生聚焦光束的超表面亞波長結(jié)構(gòu)樣品的設(shè)計圖；
[0022] 圖8為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生聚焦光束的超表面亞波長結(jié)構(gòu)樣品的相位示意圖；
[0023] 圖9為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生聚焦光束的超表面亞波長結(jié)構(gòu)樣品的測試圖；
[0024] 圖10為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生貝塞爾光束的另一種超表面亞波長結(jié)構(gòu)樣品的掃描 電鏡圖；
[0025] 圖11為右旋圓偏振光RCP透過貝塞爾產(chǎn)生器的強度分布圖；
[0026] 圖12為本發(fā)明實施例的產(chǎn)生0ΑΜ光束的超表面亞波長結(jié)構(gòu)樣品的設(shè)計圖；
[0027] 圖13為本發(fā)明實施例的另一種超表面亞波長結(jié)構(gòu)樣品的掃描電鏡圖；
[0028] 圖14為本發(fā)明實施例的在不同波長和偏振下，距離樣品表面幾微米的強度圖案。
【具體實施方式】
[0029] 現(xiàn)在對本發(fā)明的實施例提供詳細參考，其范例在附圖中說明，圖中相同的數(shù)字全 部代表相同的元件。為解釋本發(fā)明下述實施例將參考附圖被描述。
[0030] 以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實施進行詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于 下面的實施例，下面的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，應(yīng)包括權(quán)利要求書 中的全部內(nèi)容;而且本領(lǐng)域技術(shù)人員從以下的一個實施例即可實現(xiàn)權(quán)利要求書中的全部內(nèi) 容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明的宗旨和權(quán)利要求所保護 的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
[0031]本發(fā)明的一個方面提供了一種利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控 的方法，包括以下步驟：（1)對預(yù)先定義的空間變化的相位分布函數(shù)進行積分，得到一條曲 線；（2)由所述曲線所限定的閉合區(qū)域限定了所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀，所述亞波長 結(jié)構(gòu)充當超表面的基本單元，按照預(yù)定相位所決定的規(guī)則排列形成亞波長結(jié)構(gòu)陣列；以及 用圓偏振光照射所述超表面亞波長結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生具有所述空間變化的相位的光束。
[0032]優(yōu)選地，所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元在每一個周期內(nèi)曲線是完全連續(xù)的。
[0033]優(yōu)選地，通過將所述曲線沿著光軸平移小于入射電磁波波長的距離Δ (〇~λ)得到 兩條曲線，并通過將兩條曲線的端點連接在一起形成閉合區(qū)域，所述閉合區(qū)域限定了所述 亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀。
[0034]優(yōu)選地，每一個所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的平移距離Δ〈λ，水平長度Λ >λ，其中λ 是入射電磁波的波長。
[0035]優(yōu)選地，所述亞波長結(jié)構(gòu)的基本單元或周期性陣列使圓偏振光產(chǎn)生角度為θ = σ arcsin(A/A )的偏折，其中σ= ±1代表左旋和右旋圓偏振。
[0036] 優(yōu)選地，所述亞波長結(jié)構(gòu)陣列按照預(yù)定義的相位排布使平行光束聚焦，用于光學(xué) 成像。
[0037] 優(yōu)選地，所述亞波長結(jié)構(gòu)陣列按照預(yù)定義的相位排布使平行光束通過此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 帶有軌道角動量0ΑΜ的光束。
[0038] 優(yōu)選地，所述亞波長結(jié)構(gòu)陣列按照預(yù)定義的相位排布使平行光束通過此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 高階貝塞爾(Η0ΒΒ)光束。
[0039] 優(yōu)選地，通過將所述亞波長結(jié)構(gòu)進行尺寸縮放用于其他波段電磁波。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提出了一種超表面亞波長結(jié)構(gòu)，包括：由多個亞波長 結(jié)構(gòu)基本單元，其中所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元按照預(yù)定相位所決定的規(guī)則排列而形成超表 面亞波長結(jié)構(gòu)陣列，其中所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀由以下曲線限定：（1)對預(yù)先定義 的空間變化的相位分布函數(shù)進行積分，得到一條曲線；（2)由所述曲線所限定的閉合區(qū)域限 定了所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀。
[0041] 優(yōu)選地，將所述曲線沿著光軸平移小于入射電磁波波長的距離△(0~λ)得到兩條 曲線，并通過將兩條曲線的端點連接在一起形成閉合區(qū)域，所述閉合區(qū)域限定了所述亞波 長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀。
[0042]優(yōu)選地，在厚度30nm〈Tg〈300nm的薄膜上制備所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元。
[0043]優(yōu)選地，所述薄膜是金屬或介質(zhì)。
[0044] 優(yōu)選地，所述金屬為:金、銀、銅、鋁、鉻、鎘、金合金、銀合金、銅合金、鋅合金或鋁合 金。
[0045] 優(yōu)選地，所述介質(zhì)為以下半導(dǎo)體材料中的一種或多種:單晶硅、多晶硅、鍺、二氧化 硅或砷化鎵。
[0046] 優(yōu)選地，所述亞波長結(jié)構(gòu)的基材在不同的波段使用不同的材料。
[0047] 優(yōu)選地，所述基材在光波段工作所用的材料包括:石英、有機玻璃、硅片等介質(zhì)材 料。
[0048]優(yōu)選地，所述基材在微波段工作所用材料包括如FR4的微波介質(zhì)材料。
[0049] 優(yōu)選地，所述基材在紅外、太赫茲波段工作所用材料包括:娃、鍺等紅外介質(zhì)材料。
[0050] 優(yōu)選地，所述基材具有平面結(jié)構(gòu)或曲面結(jié)構(gòu)。
[0051]優(yōu)選地，在膜層上制備所述亞波長結(jié)構(gòu)。
[0052]優(yōu)選地，所述亞波長結(jié)構(gòu)包括孔或孔的互補結(jié)構(gòu)。
[0053]下面結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)詳細地描述本發(fā)明的超表面亞波長結(jié)構(gòu)的工作原理。
[0054] 單個超表面亞波長結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自旋-霍爾效應(yīng) [0055]本發(fā)明實施例的具體步驟如下：
[0056] (1)首先確定可產(chǎn)生自旋-霍爾效應(yīng)的線性相位分布Φ(χ)=23τχ/Λ ;
[0057] (2)對上述相位分布函數(shù)積分可得亞波長方程如下：
[0059] 其中，Λ是一個曲線的水平長度。將該曲線沿y軸平移小于波長的距離△，得到的 亞波長結(jié)構(gòu)如圖1所示。由所述曲線所限定的閉合區(qū)域限定了所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的 形狀。具體地，將原曲線和移動后的曲線的端點固定在一起，沿y軸將所述曲線平移小于波 長的距離△，從而得到所述亞波長結(jié)構(gòu)。
[0060] (3)通過聚焦離子束(FIB)在120nm厚的金(Au)薄膜上制備一個亞波長樣品（圖2)， 基底材料為1mm厚的石英。所述亞波長樣品具有由上述封閉曲線限定的形狀。
[0061] (4)如圖2所示樣品在圓偏振光(CPL)照射下，產(chǎn)生了一個線性幾何相位，Φ(χ) = 2 σξ(χ)，ξ(χ)為曲線切線與X軸之間的夾角，在左右端點之間變化從-V2到31/2,其中σ=±1 表示左和右旋圓偏振(LCP和RCP )，請參照圖3和圖4。圖3為圓偏振光通過單個亞波長結(jié)構(gòu)產(chǎn) 生自旋-霍爾效應(yīng)光強測試圖。圖4為圓偏振光通過單個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自旋-霍爾效應(yīng)光強仿真 圖。由此說明本發(fā)明提供的方案能夠?qū)崿F(xiàn)自旋-霍爾效應(yīng)。
[0062] 利用亞波長結(jié)構(gòu)陣列產(chǎn)生光束的偏折 [0063]本實施例具體步驟如下：
[0064] (1)確定可產(chǎn)生光束偏折的線性相位分布Φ (X) =kax
[0065] (2)對上述相位分布函數(shù)積分可得曲線方程如下：
[0067] 其中，1^是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沿X方向的波矢量，選擇〇 = 1，將該曲線沿y軸平移△，得到 如圖1所示的亞波長結(jié)構(gòu)。
[0068] (3)將得到的亞波長結(jié)構(gòu)排列成線性陣列（圖5)，沿X方向的周期Ρχ = 2μπι，沿y方向 周期Py= Δ =200nm。通過聚焦離子束(FIB)在120nm厚的金(Au)薄膜上制備一個樣品，基底 材料為1mm厚的石英。
[0069] (4)如圖6a和6c所示，樣品在CPL(X = 632.8nm)的照射下，得到光束偏轉(zhuǎn)角分別為 ± 18 · 5°，與公式θ = σs iη-1 (λ/Ρχ)所得到的理論值± 18 · 45°相當。
[0070] (5)如圖6b所示，當線性偏振(LP)光束照射在亞波長結(jié)構(gòu)中時，LCP和RCP對稱地偏 折。
[0071] 上述實驗結(jié)果說明本發(fā)明提供的方案能夠產(chǎn)生光束的偏折。
[0072] 利用亞波長結(jié)構(gòu)陣列產(chǎn)生聚焦光束
[0073]本實施例具體步驟如下：
[0074] (1)確定可產(chǎn)生聚焦光束的相位分布：
[0076]其中，k = 23i/X是真空中的波數(shù)。設(shè)計參數(shù)為拓撲荷l = 2，f = 40μηι。透鏡的內(nèi)、外半 徑為10.6和20.8以111。
[0077] (2)對上述相位分布函數(shù)進行積分，將該曲線沿y軸平移△，得到亞波長結(jié)構(gòu)，并將 得到的亞波長結(jié)構(gòu)按照圖7的設(shè)計過程排列成陣列，在厚度為120nm的金薄膜上制作一個亞 波長樣品（圖8)，基底材料為1_厚的石英。
[0078] (3)如圖9所示，樣品在RCP(〇 = -l，A = 632.8nm)照明下，產(chǎn)生了聚焦光束。
[0079] 利用亞波長結(jié)構(gòu)陣列產(chǎn)生貝塞爾光束 [0080]本實施例具體步驟如下：
[0081] (1)確定可產(chǎn)生貝塞爾光束的相位分布：
[0082] Φ(/·,^) = <7(A- r + lpj, (4)
[0083] 其中，kr為貝塞爾光束的橫向波矢量，設(shè)計參數(shù)為kr = karcsin(A/A )，Λ =2μπι，拓 撲荷1 = 0。
[0084] (2)對上述相位分布函數(shù)進行積分后得到一條曲線，將該曲線沿y軸平移△，得到 亞波長結(jié)構(gòu)（圖10)，在厚度為120nm的金薄膜上制作亞波長結(jié)構(gòu)的樣品，基底材料為1mm厚 的石英。
[0085] (3)樣品在RCP(〇 = -l，λ = 785ηπι)照明下，透過強度可通過顯微鏡測定，如圖11所 示。由上述實驗結(jié)果說明本發(fā)明提供的方案能夠產(chǎn)生貝塞爾光束。
[0086] 利用亞波長結(jié)構(gòu)陣列產(chǎn)生普通的軌道角動量(0ΑΜ)光束
[0087] 普通的0ΑΜ光束具有沿方位角方向的螺旋相位。本實施例具體步驟如下：
[0088] (1)根據(jù)所需相位分布確定極坐標中的曲線方程：
[0090] 其中，ro為最內(nèi)側(cè)曲線的頂點的位置，Δ是在相鄰的曲線兩個頂點之間的距離，m 是這些曲線的序號。依據(jù)公式，可以使用這個亞波長結(jié)構(gòu)產(chǎn)生具有任意拓撲荷的0AM光束。
[0091] (2)將得到的亞波長結(jié)構(gòu)按照圖12的設(shè)計過程排列成陣列，通過聚焦離子束(FIB) 在120nm厚的金(Au)薄膜制備了一個拓撲荷1 = -3的亞波長結(jié)構(gòu)樣品（如圖13所示），其中Δ = 200nm，r〇=l ·5μηι，基底材料為1mm厚的石英。
[0092] (3)樣品在CPL照明下，亞波長結(jié)構(gòu)同時產(chǎn)生兩種相同強度的光束，一束光具有均 勻的相位，另一束具有螺旋相位即為產(chǎn)生的0ΑΜ光束。
[0093] (4)本實施例采用三個激光源λ = 532,632.8和780nm證明本發(fā)明的寬帶性能。如圖 14所示，不同波長和偏振下，距離樣品表面幾微米的強度圖案。對于X和y偏振分量，可以看 到旋轉(zhuǎn)環(huán)繞光束中心的瓣，其中1的模量和符號是由瓣的個數(shù)和扭轉(zhuǎn)方向決定的。由上述實 驗結(jié)果說明本發(fā)明提供的方案能夠產(chǎn)生軌道角動量光束。
[0094]盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的典型實施例，具體示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對 這些實施例進行形式和細節(jié)上的多種改變。
【主權(quán)項】
1. 一種利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方法，包括以下步驟： 形成亞波長結(jié)構(gòu)基本單元，其中所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀由以下曲線限定： (1) 對預(yù)先定義的空間變化的相位分布函數(shù)進行積分，得到一條曲線； (2) 由所述曲線所限定的閉合區(qū)域限定了所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀，所述亞波 長結(jié)構(gòu)基本單元充當超表面結(jié)構(gòu)的基本單元，按照預(yù)定相位所決定的規(guī)則排列以形成超表 面亞波長結(jié)構(gòu)陣列；以及用圓偏振光照射所述超表面亞波長結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生具有所述空間變化 的相位的光束。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方法，其 特征在于，所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元在每一個周期內(nèi)曲線是完全連續(xù)的。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方法，其 中通過將所述曲線沿著光軸平移小于入射電磁波波長的距離A (0~λ)得到兩條曲線，并通 過將兩條曲線的端點連接在一起形成閉合區(qū)域，所述閉合區(qū)域限定了所述亞波長結(jié)構(gòu)基本 單元的形狀。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方法，其 特征在于，每一個所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的平移距離Δ〈λ，水平長度Λ>λ，其中λ是入射 電磁波的波長。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方 法，其特征在于，所述亞波長結(jié)構(gòu)的基本單元或周期性陣列使圓偏振光產(chǎn)生角度為θ = σ arcsin(A/A )的偏折，其中σ= ±1代表左旋和右旋圓偏振。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方 法，其特征在于，所述亞波長結(jié)構(gòu)陣列按照預(yù)定義的相位排布使平行光束聚焦，用于光學(xué)成 像。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方 法，其特征在于，所述亞波長結(jié)構(gòu)陣列按照預(yù)定義的相位排布使平行光束通過此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 帶有軌道角動量ΟΑΜ的光束。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方 法，其特征在于，所述亞波長結(jié)構(gòu)陣列按照預(yù)定義的相位排布使平行光束通過此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 低階和高階貝塞爾光束。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超表面亞波長結(jié)構(gòu)進行寬帶電磁波相位調(diào)控的方 法，其特征在于，通過將所述亞波長結(jié)構(gòu)進行尺寸縮放用于其他波段電磁波。10. -種超表面亞波長結(jié)構(gòu)，包括： 由多個亞波長結(jié)構(gòu)基本單元，其中所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元按照預(yù)定相位所決定的規(guī) 則排列而形成超表面亞波長結(jié)構(gòu)陣列，其中所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀由以下曲線限 定： (1) 對預(yù)先定義的空間變化的相位分布函數(shù)進行積分，得到一條曲線； (2) 由所述曲線所限定的閉合區(qū)域限定了所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其中將所述曲線沿著光軸平移小于入 射電磁波波長的距離A (0~λ)得到兩條曲線，并通過將兩條曲線的端點連接在一起形成閉 合區(qū)域，所述閉合區(qū)域限定了所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元的形狀。12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其特征在于，在厚度30nm〈Tg〈300nm的 薄膜上制備所述亞波長結(jié)構(gòu)基本單元。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其中所述薄膜是金屬或介質(zhì)。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，所述金屬為:金、銀、銅、鋁、鉻、鎘、金合 金、銀合金、銅合金、鋅合金或鋁合金。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其中所述介質(zhì)為以下半導(dǎo)體材料中的 一種或多種:單晶硅、多晶硅、鍺、二氧化硅或砷化鎵。16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述亞波長結(jié)構(gòu)的基材在 不同的波段使用不同的材料。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基材在光波段工作所 用的材料包括:石英、有機玻璃、硅片等介質(zhì)材料。18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基材在微波段工作所 用材料包括如FR4的微波介質(zhì)材料。19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基材在紅外、太赫茲 波段工作所用材料包括:硅、鍺等紅外介質(zhì)材料。20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基材具有平面結(jié)構(gòu)或 曲面結(jié)構(gòu)。21. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其特征在于，在膜層上制備所述亞波長 結(jié)構(gòu)。22. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的超表面亞波長結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述亞波長結(jié)構(gòu)包括孔或 孔的互補結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】G02F1/01GK105866981SQ201610249928
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】羅先剛, 蒲明博, 趙澤宇, 李雄, 王彥欽, 馬曉亮, 王長濤
【申請人】中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所