【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学设备，具体而言，涉及一种超表面结构及其的设计方法。
技术介绍
1、超表面(metasurface)是近几年蓬勃发展的新兴光学元件，其包括二维排列的亚波长单元结构，可以对电磁波进行多维度自由的调控，如振幅、相位和偏振等。超表面具有体积小、重量轻的特点，有助于减小其所应用的光学系统的体积和重量。目前，超表面结构已经在成像、光束整形、全息、偏振测量等领域得到了广泛应用。
2、但是，目前的超表面结构主要通过改变结构尺寸来实现0～2π的相位覆盖，得到的相位延迟量响应曲线上可能存在谐振峰，使得谐振峰处的超表面单元的透过率降低，相位响应变化剧烈，影响超表面结构的整体效率。
3、也就是说，现有技术中的超表面结构存在相位响应有谐振峰从而影响透过率的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种超表面结构及其的设计方法，以解决现有技术中的超表面结构存在相位响应有谐振峰从而影响透过率的问题。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种超表面结构的设计方法，包括如下步骤：确定衬底和衬底上的超表面单元的材料，以及超表面单元的形状；确定超表面单元在第一尺寸范围内的透过率曲线和/或相位响应曲线；判断透过率曲线和/或相位响应曲线中是否存在谐振峰；如果透过率曲线和/或相位响应曲线中存在谐振峰，则调整覆盖层的材料和厚度，以消除谐振峰；如果透过率曲线和/或相位响应曲线中不存在谐振峰，则判定设计方法完成。
3、进一步地，确定超表
4、进一步地，在扫描超表面单元在第一高度下的第一尺寸范围内的透过率曲线和/或相位响应曲线的步骤中，设定第一高度下的第一尺寸范围满足2π的相位覆盖。
5、进一步地，调整覆盖层的材料和厚度的步骤包括：选择与超表面单元的折射率不同的材料作为覆盖层的材料；建立超表面单元与覆盖层的叠置模型；采用严格耦合波方法扫描仿真确定能够消除谐振峰的覆盖层的厚度。
6、进一步地，在选择与超表面单元的折射率不同的材料作为覆盖层的材料的步骤中，设置覆盖层的材料包括sio2和sin中的一种；和/或在建立超表面单元与覆盖层的叠置模型的步骤中，设置叠置模型包括在超表面单元的上表面和下表面的至少一侧表面上随形覆盖一层或多层覆盖层所形成的叠置模型。
7、进一步地，采用严格耦合波方法扫描仿真确定能够消除谐振峰的覆盖层的厚度的步骤，包括：采用严格耦合波方法扫描仿真覆盖层在多个厚度下的超表面单元的透过率曲线和/或相位响应曲线；确定多个透过率曲线和/或多个相位响应曲线中谐振峰最小或没有谐振峰所对应的透过率曲线和/或相位响应曲线并作为目标图；以目标图对应的覆盖层的厚度为最终厚度。
8、进一步地，在采用严格耦合波方法扫描仿真覆盖层在多个厚度下的超表面单元的透过率曲线和/或相位响应曲线的步骤中，包括：确定覆盖层的初始厚度h，初始厚度h满足：h＝λ/(10*ncover)，λ为工作波长，ncover为覆盖层的折射率；根据初始厚度h确定仿真厚度范围；采用严格耦合波方法扫描仿真覆盖层在仿真厚度范围下的超表面单元的透过率曲线和/或相位响应曲线。
9、进一步地，在确定衬底和衬底上的超表面单元的材料，以及超表面单元的形状的步骤中，根据工作波长λ确定衬底和衬底上的超表面单元的材料，以及超表面单元的形状；和/或设置超表面单元呈柱状，呈柱状的超表面单元沿平行于衬底的方向的截面形状包括圆形、多边形、圆环形和十字形中的一种；和/或设置超表面单元的材料包括si、αsi、tio2、gan和hfo2中的一种。
10、进一步地，在确定超表面单元的高度作为第一高度的步骤中，设置第一高度大于等于400nm且小于等于1000nm。
11、根据本专利技术的另一方面，提供了一种超表面结构，超表面结构为上述的超表面结构，超表面结构包括：衬底；超表面单元，超表面单元为多个，多个超表面单元呈阵列设置在衬底上，覆盖层，至少部分超表面单元远离衬底的一侧表面上和/或超表面单元朝向衬底的一侧表面上设置有覆盖层，覆盖层与超表面单元的折射率不同，覆盖层用于消除超表面单元的谐振峰。
12、应用本专利技术的技术方案，超表面结构的设计方法包括如下步骤：确定衬底和衬底上的超表面单元的材料，以及超表面单元的形状；确定超表面单元在第一尺寸范围内的透过率曲线和/或相位响应曲线；判断透过率曲线和/或相位响应曲线中是否存在谐振峰；如果透过率曲线和/或相位响应曲线中存在谐振峰，则调整覆盖层的材料和厚度，以消除谐振峰；如果透过率曲线和/或相位响应曲线中不存在谐振峰，则判定设计方法完成。
13、本申请在确定完衬底和衬底上的超表面单元的材料以及超表面单元的形状后，通过仿真得到超表面单元在第一尺寸范围内的透过率曲线和/或相位响应曲线，通过观察透过率曲线与相位响应曲线中的至少一个，判断透过率曲线与相位响应曲线中的至少一个中是否存在谐振峰。如果透过率曲线与相位响应曲线中的至少一个中存在谐振峰，则调整覆盖层的材料和厚度，从而利用合理材料和合理厚度的覆盖层去消除曲线中的谐振峰，以得到无谐振峰、光滑的相位响应曲线和透过率曲线的超表面结构，同时能够避免谐振峰对超表面结构的光线透过率的影响，有利于保证超表面结构的高透过率。
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1.一种超表面结构的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，所述确定所述超表面单元(20)在第一尺寸范围内的透过率曲线和/或相位响应曲线的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，在所述扫描所述超表面单元(20)在所述第一高度下的第一尺寸范围内的透过率曲线和/或相位响应曲线的步骤中，设定所述第一高度下的所述第一尺寸范围满足2π的相位覆盖。
4.根据权利要求1所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，所述调整覆盖层(30)的材料和厚度的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，所述采用严格耦合波方法扫描仿真确定能够消除谐振峰的所述覆盖层(30)的厚度的步骤，包括：
7.根据权利要求6所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，在所述采用严格耦合波方法扫描仿真所述覆盖层(30)在多个厚度下的所述超表面单元(20)的透过率曲线和/或相位响应曲线的步骤中
8.根据权利要求1至7中任一项所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，在所述确定衬底(10)和所述衬底(10)上的超表面单元(20)的材料，以及所述超表面单元(20)的形状的步骤中，
9.根据权利要求2所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，在所述确定所述超表面单元(20)的高度作为第一高度的步骤中，设置所述第一高度大于等于400nm且小于等于1000nm。
10.一种超表面结构，其特征在于，所述超表面结构为权利要求1至9中任一项所述的超表面结构，所述超表面结构包括：
...【技术特征摘要】
1.一种超表面结构的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，所述确定所述超表面单元(20)在第一尺寸范围内的透过率曲线和/或相位响应曲线的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，在所述扫描所述超表面单元(20)在所述第一高度下的第一尺寸范围内的透过率曲线和/或相位响应曲线的步骤中，设定所述第一高度下的所述第一尺寸范围满足2π的相位覆盖。
4.根据权利要求1所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，所述调整覆盖层(30)的材料和厚度的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的超表面结构的设计方法，其特征在于，所述采用严格耦合波方法扫描仿真确定能够消除谐振...
【专利技术属性】
技术研发人员：马珂奇，孙飞岳，请求不公布姓名，陈远，
申请(专利权)人：宁波舜宇奥来技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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