【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光信号处理，特别是涉及一种基于几何相位的sb2se3-sio2可重构光束切换超表面。
技术介绍
1、近年来，超表面在对光的波前调控方面显示出巨大的潜力。传统光学元件依赖于光传播过程中逐渐积累的相位，而通过在波长范围内引入突变的相位变化，可以观察到这种相位沿界面线性变化的异常反射和折射现象，即广义斯涅尔定律(generalized laws ofreflection and refraction)。超表面是由亚波长尺寸的超原子排列而成的平面阵列，这些超原子的几何结构和空间排列方式可根据目标相位分布而精确设计，能够实现对光场的振幅、相位、偏振态和角动量等参量的灵活调控，在光学成像、光通信、光学微操纵、超构透镜、光切换等领域具有重要的应用价值。
2、传统的可重构超表面主要依赖机械调控和液晶调控，机械调控主要借助弹性基底或微机电系统，采用机械形变对调控超表面的整体形变或局域应变，达到波前调控的目的，但是机械调控的形变和位移范围有限并且通常用于整体调控，因此器件功能受到限制；液晶调控主要是内部的液晶分子在电场或热场的刺激下呈现不同的排列，可以对经过的电磁波以及邻近纳米单元的谐振进行调控，从而实现对超表面光学性能调控的目的。但由于液晶分子的偏转，响应速度较慢，器件响应时间通常在亚秒到毫秒量级且液晶分子具有一定的厚度，并且不能实现对微纳单元谐振结构的独立调控。相比于机械和液晶调控，相变材料在外部激励下能改变其晶格结构，在相变过程中能够形成巨大的光学调制特性和电阻率差异，可以微化器件的结构，在晶态和非晶态之间可实现纳秒
3、传统光束切换通常使用光学元件反射镜和光栅来实现，适用于静态或低频的应用，但在需要快速、高精度和大范围的光束切换时，可能会有一些限制。相比之下，光束切换可重构超表面提供了灵活和快速的光束控制方式，因此在一些应用中更具优势。
4、现有的相变材料大多使用vo2和ge2sb2te5(gst)，但vo2需要连续电压或激光来保持其光学特性，消耗高静态功率，而gst的高光吸收能力，在晶态时消光系数相对于非晶态有显著的提高，严重损害了现有基于相变材料的光切换的性能。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于几何相位的sb2se3-sio2可重构光束切换超表面，包括：sio2衬底层和与衬底层的一表面固定连接的结构层；
2、所述结构层由周期性排布的m个相同的结构单元组成；
3、所述结构单元包括：纵向排布的第一超原子单元和第二超原子单元；
4、所述第一超原子单元有n个等距离横向排布的第一长方体型sb2se3超原子；
5、所述第二超原子单元有n个等距离横向排布的第二长方体型sb2se3超原子；
6、从左向右，第一超原子单元中每一个第一长方体型sb2se3超原子相对前一个第一长方体型sb2se3超原子按顺时针旋转角度δα，以使得第一超原子单元中最后一个第一长方体型sb2se3超原子相对于第一个第一长方体型sb2se3超原子转动180°；
7、从左向右，第二超原子单元中每一个第二长方体型sb2se3超原子相对前一个第二长方体型sb2se3超原子按逆时针旋转角度δα，以使得第二超原子单元中最后一个第二长方体型sb2se3超原子相对于第一个第二长方体型sb2se3超原子转动180°。
8、优选地，所述第一长方体型sb2se3超原子的高和第二长方体型sb2se3超原子的高相同，所述第一长方体型sb2se3超原子的长和宽分别与第二长方体型sb2se3超原子长和宽不同。
9、优选地，所述第一长方体型sb2se3超原子的长度、宽度和高度分别为280nm、410nm和850nm，所述第二长方体型sb2se3超原子的长度、宽度和高度分别为140nm、350nm和850nm。
10、优选地，当第一长方体型sb2se3超原子处于非晶态时，当左旋或右旋圆偏振光入射到所述第一长方体型sb2se3超原子上时，透射光转变为右旋或左旋圆偏振光；当第一长方体型sb2se3超原子处于晶态时，当左旋或右旋圆偏振光入射到所述第一长方体型sb2se3超原子上时，透射光仍为左旋或右旋圆偏振光；第二长方体型sb2se3超原子处于非晶态时，左旋或右旋圆偏振光入射到所述第二长方体型sb2se3超原子上时，透射光仍为左旋或右旋圆偏振光；当第二长方体型sb2se3超原子处于晶态时，左旋或右旋圆偏振光入射到所述第二长方体型sb2se3超原子上时，透射光转变为右旋或左旋圆偏振光；所述超表面器件在垂直的圆偏振光入射下，透射的圆偏振光遵循广义的斯涅耳定律。
11、优选地，超表面的入射与透射规律通过广义的斯涅尔定律进行计算：
12、
13、其中，θt表示折射光的折射角度，θi表示入射光的入射角度，δα为相邻超原子之间的旋转角度，nt为透射介质的有效介电常数，ni为入射介质的有效介电常数，k0为自由空间波矢，x为表示第一超原子单元和第二超原子单元中相邻超原子之间的间隔距离。
14、优选地，超表面器件按照波长1550nm设计。
15、本专利技术至少具有以下有益效果
16、本专利技术提出引入非易失性且低损耗相变材料sb2se3，将其在晶态和非晶态时交叉偏振光具有高对比度的a型结构(第一长方体型sb2se3超原子)和b型结构(第二长方体型sb2se3超原子)的sb2se3相变材料作为超表面超原子，利用其非易失性和消光系数几乎为零的特点，在sb2se3相变材料的状态改变后，无需任何外部激励保持此状态，且对光的吸收损耗较小，sb2se3可直接用作可调谐的超原子，采用pancharatnam-berry(p-b)贝里相位产生相位突变，a型和b型sb2se3超原子交替排布且几何旋转方向相反使其交叉偏振光所附带的相位梯度相反，异常折射角度也相反，通过切换sb2se3相变材料的状态，从而实现光束切换，因此，本专利技术可以实现单个超表面实现的光学微操纵能够实现多种类光场的产生，通过切换sb2se3相变材料的非晶态和晶态，实现高效率交叉偏振光的切换。
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1.一种基于几何相位的Sb2Se3-SiO2可重构光束切换超表面，其特征在于，包括：SiO2衬底层和与衬底层的一表面固定连接的结构层；
2.根据权利要求1所述的一种基于几何相位的Sb2Se3-SiO2可重构光束切换超表面，其特征在于，所述第一长方体型Sb2Se3超原子的高和第二长方体型Sb2Se3超原子的高相同，所述第一长方体型Sb2Se3超原子的长和宽分别与第二长方体型Sb2Se3超原子长和宽不同。
3.根据权利要求1所述的一种基于几何相位的Sb2Se3-SiO2可重构光束切换超表面，其特征在于，所述第一长方体型Sb2Se3超原子的长度、宽度和高度分别为280nm、410nm和850nm，所述第二长方体型Sb2Se3超原子的长度、宽度和高度分别为140nm、350nm和850nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于几何相位的Sb2Se3-SiO2可重构光束切换超表面，其特征在于，当第一长方体型Sb2Se3超原子处于非晶态时，当左旋或右旋圆偏振光入射到所述第一长方体型Sb2Se3超原子上时，透射光转变为右旋或左旋圆偏振光；当第一长方体型Sb2S
5.根据权利要求3所述的一种基于几何相位的Sb2Se3-SiO2可重构光束切换超表面，其特征在于，超表面的入射与透射规律通过广义的斯涅尔定律进行计算：
6.根据权利要求3所述的一种基于几何相位的Sb2Se3-SiO2可重构光束切换超表面，其特征在于，超表面器件按照波长1550nm设计。
...【技术特征摘要】
1.一种基于几何相位的sb2se3-sio2可重构光束切换超表面，其特征在于，包括：sio2衬底层和与衬底层的一表面固定连接的结构层；
2.根据权利要求1所述的一种基于几何相位的sb2se3-sio2可重构光束切换超表面，其特征在于，所述第一长方体型sb2se3超原子的高和第二长方体型sb2se3超原子的高相同，所述第一长方体型sb2se3超原子的长和宽分别与第二长方体型sb2se3超原子长和宽不同。
3.根据权利要求1所述的一种基于几何相位的sb2se3-sio2可重构光束切换超表面，其特征在于，所述第一长方体型sb2se3超原子的长度、宽度和高度分别为280nm、410nm和850nm，所述第二长方体型sb2se3超原子的长度、宽度和高度分别为140nm、350nm和850nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于几何相位的sb2se3-sio2可重构光束切换超表面，其特征在于，当第一长方体型sb2se3超原子处于非晶态时，当左旋或右旋圆...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭鹏星，左晓龙，李炙林，侯维刚，郭磊，
申请(专利权)人：重庆邮电大学空间通信研究院，
类型：发明
国别省市：
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