【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳光学，尤其涉及反对称手性超构表面及相位振幅调控的应用、验证方法。
技术介绍
1、手性是自然界中普遍存在的现象，物质的手性指的是物质结构的一种几何特征，也就是通过平移、面内旋转操作无法与其镜像重合。
2、同时偏振态表征光在垂直于传播方向的平面上的电场振荡，在圆偏振光中，电场矢量可以分解为两个线极化分量，两个垂直的电场矢量以90°相移振荡，沿顺时针或逆时针方向沿螺旋轨迹传播。由于电场矢量的螺旋轨迹不同，圆偏振光可分为左旋圆偏振光(lcp)和右旋圆偏振光(rcp)。
3、手性介质对lcp和rcp表现出独特的光学响应，但自然界的手性物质与手性光场所发生的相互作用是非常微弱的。为了进行高效的手性光场调控，以及开发成光学器件，学术界提出并研究了人工设计的手性超构材料，近年来更是发展出了二维版本，被称之为手性超构表面，其能够实现磁-电共振耦合，被激发超强的旋光性、圆二色性等手性光学响应，进而用于生化物质检测、圆偏振光学显示等
4、从光场调控的角度来说，手性超构表面是进行正交圆偏振电磁波独立控制的重要途径之一。探索具有对lcp和rcp波分量进行自旋解耦操控的电磁理论，并开发出相应的超构表面器件已成为学术界的研究热点之一。
5、早期对于圆偏振电磁波的独立相位控制方法几乎只有pancharatnam-berry(pb)相位，即当单元结构旋转角度θ时，在其反射或透射的交叉极化分量中引入对lcp和rcp呈现共轭形式的±2θ附加相位。由于几何相位对lcp、rcp的相位响应呈固定的
6、2015年，arbabi教授在《dielectricmetasurfacesforcompletecontrolof phaseandpolarization withsubwavelength spatialresolution andhigh transmission》中公开了将偏振空间依赖的pb相位与参数空间依赖的共振相位相结合，通过两类相位的联合设计首次实现了lcp及rcp的独立相位控制，并展示了多种波前设计。随后，通过引入临近超原子的局部干涉，该方案被推广到任意正交偏振分量的相位、振幅操控中。但是上述报道都考虑的是具有镜像对称性的非手性结构，并且需要兼顾几何相位及共振相位设计要求。
7、近几年，对手性超原子进行方位旋转和结构参数调整所诱导的手性相位成为自旋解耦超构表面设计的新方法。2020年，yuan等人在《independentphase modulation forquadruplex polarization channels enabled by chirality-assistedgeometric-phasemetasurfaces》中公开了利用多层金属谐振器的相对方位差异引入了手性诱导的相位，结合共振相位完成了四通道的圆偏振波前设计；2021年，chen等人在《metasurfaceswithplanar chiralmeta-atomsforspinlightmanipulation》提出采用具有c2对称性的全介质超原子结合其几何相位进行自旋波的控制；同年，song等人在《spin-selective full-dimensional manipulation of optical waves with chiral mirror》中报道了非厄米手性超原子中由奇异点引发的拓扑相位，并结合p-b相位实现了自旋解耦的波前控制。
8、然而，上述基于非手性或手性超原子的圆偏振电磁波控制方法在理论复杂度、设计难度、计算量等方面仍然具有提升的空间。且共振相位或手性相位与p-b相位的结合需要更多的理论描述，需要在参数空间探究的同时考虑偏振空间的分析。另外，对于波分量幅度的差异化控制也表现出很大的难度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供反对称手性超构表面及相位振幅调控的应用、验证方法，解决上述技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种反对称手性超构表面，包括由上到下依次设置的表层、中间层和背板层，表层由左半圆环和右半圆环组成，其中左半圆环朝向右半圆环的一侧的两端均朝向圆心的方向弯折形成第一凸起和第二凸起，右半圆环朝向左半圆环的一侧的其中一端向圆心的方向弯折形成第三凸起，第三凸起与第一凸起关于圆心对称布置，且第三凸起的长度等于第一凸起的长度，第一凸起的长度大于第二凸起的长度。
3、优选的，左半圆环与右半圆环之间的距离d＝10um；
4、左半圆环、右半圆环、第一凸起、第二凸起和第三凸起的宽度w＝25um；
5、第一凸起和第三凸起的长度h1＝65um，第二凸起的长度h＝60um。
6、优选的，中间层的材质为聚酰亚胺，介电常数ε＝3.4，损耗角正切tanδ＝0.002，厚度t1＝70um。
7、优选的，背板层的材质为金，厚度t＝200nm。
8、优选的，手性超构表面对左旋圆偏振光的吸收率为94.467％，对右旋圆偏振光的吸收率为5.659％。
9、一种反对称手性超构表面在相位振幅调控上的应用，利用手性相位和圆二色性对反射圆偏振波分量进行相位和幅度的联合调控。
10、一种反对称手性超构表面在相位振幅调控上的应用的验证方法，包括以下步骤：
11、s1、建立仿真模型：确定手性超构表面的几何参数，而后利用电磁仿真软件建立手性超构表面的三维模型，并定义入射波为左旋圆偏振光或者右旋圆偏振光，同时设置工作频率和边界条件，其中工作频率为太赫兹波段；
12、s2、利用电磁仿真软件对手性超构表面的第一凸起、第二凸起和第三凸起进行扫描，得到多个参数配置下的手性超构表面仿真单元；
13、s3、仿真分析：计算每个参数配置下的手性超构表面仿真单元的反射幅度和相位，基于计算的反射幅度和相位，挑选出符合预期的手性超构表面仿真单元，作为手性超构表面的最终结构；
14、s4、基于手性超构表面的最终结构在选择性偏振场景下进行功能验证。
15、优选的，在步骤s1中，在x和y方向的边界条件设置为unit cell，z方向的边界条件设置为open，且电磁仿真空间的最大值zmax以及电磁仿真空间的最小值zmin的偏振模式数均设置为2；
16、在步骤s2中，从0um到160um以2um为步长分别对第一凸起、第二凸起和第三凸起进行扫描。
17、优选的，在步骤s3中，反射幅值的计算公式如下：
18、
19、式中，r表示反射幅值；rcirc表示圆偏振波的反射系数矩阵；rll和rrr分别表示左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的反射系数；rlr和rrl分别表示左旋圆偏振到右旋圆偏振以及右旋圆偏振到左旋圆偏振的交叉反射系数；rxx、ryy、rxy和ryx均表示线偏振波的反射系数矩阵元素；i表示虚数单位；
20、相位计算公式如下：<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种反对称手性超构表面，其特征在于：包括由上到下依次设置的表层、中间层和背板层，表层由左半圆环和右半圆环组成，其中左半圆环朝向右半圆环的一侧的两端均朝向圆心的方向弯折形成第一凸起和第二凸起，右半圆环朝向左半圆环的一侧的其中一端向圆心的方向弯折形成第三凸起，第三凸起与第一凸起关于圆心对称布置，且第三凸起的长度等于第一凸起的长度，第一凸起的长度大于第二凸起的长度。
2.根据权利要求1所述的反对称手性超构表面，其特征在于：左半圆环与右半圆环之间的距离d＝10um；
3.根据权利要求1所述的反对称手性超构表面，其特征在于：中间层的材质为聚酰亚胺，介电常数ε＝3.4，损耗角正切tanδ＝0.002，厚度t1＝70um。
4.根据权利要求1所述的反对称手性超构表面，其特征在于：背板层的材质为金，厚度t＝200nm。
5.根据权利要求1所述的反对称手性超构表面，其特征在于：手性超构表面对左旋圆偏振光的吸收率为94.467％，对右旋圆偏振光的吸收率为5.659％。
6.如上述权利要求1-5任一项所述的反对称手性超构表面在相位振幅调控
7.如上述权利要求6所述的反对称手性超构表面在相位振幅调控上的应用的验证方法，其特征在于：包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的反对称手性超构表面在相位振幅调控上的应用的验证方法，其特征在于：在步骤S1中，在x和y方向的边界条件设置为unit cell，z方向的边界条件设置为open，且电磁仿真空间的最大值Zmax以及电磁仿真空间的最小值Zmin的偏振模式数均设置为2；
9.根据权利要求7所述的反对称手性超构表面在相位振幅调控上的应用的验证方法，其特征在于：在步骤S3中，反射幅值的计算公式如下：
10.根据权利要求7所述的反对称手性超构表面在相位振幅调控上的应用的验证方法，其特征在于：步骤S4具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种反对称手性超构表面，其特征在于：包括由上到下依次设置的表层、中间层和背板层，表层由左半圆环和右半圆环组成，其中左半圆环朝向右半圆环的一侧的两端均朝向圆心的方向弯折形成第一凸起和第二凸起，右半圆环朝向左半圆环的一侧的其中一端向圆心的方向弯折形成第三凸起，第三凸起与第一凸起关于圆心对称布置，且第三凸起的长度等于第一凸起的长度，第一凸起的长度大于第二凸起的长度。
2.根据权利要求1所述的反对称手性超构表面，其特征在于：左半圆环与右半圆环之间的距离d＝10um；
3.根据权利要求1所述的反对称手性超构表面，其特征在于：中间层的材质为聚酰亚胺，介电常数ε＝3.4，损耗角正切tanδ＝0.002，厚度t1＝70um。
4.根据权利要求1所述的反对称手性超构表面，其特征在于：背板层的材质为金，厚度t＝200nm。
5.根据权利要求1所述的反对称手性超构表面，其特征在于：手性超构表面对左旋圆偏振光的吸收率为94.467％，对...
【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，丁佳跞，罗莉，邹雨欣，陈成，赵世超，陈柏宇，林展逸，赵哲，边菁菁，杨嘉琪，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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