【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種偏振無依賴彩色納米打印與彩色全息協同實現方法，屬于微納光學、彩色顯示。
技術介紹
1、近年來，超構表面在光子多物理維度(振幅、相位、偏振、波長等)調控方面體現獨特優勢，同時基于超構表面亞波長尺度帶來的信息容量大、體積小和易集成等諸多特點，在高分辨結構色、彩色全息顯示和光學信息加密等領域具有廣闊應用。
2、現有的偏振無依賴彩色納米打印與全息超構表面基于3d集成的各向同性的結構，可以分別實現近場彩色納米打印和遠場彩色全息成像。3d集成的超構表面無疑會增加器件的尺寸以及設計復雜度，同時也會給微納加工工藝帶來額外的挑戰。在此背景下，充分開發單層各向異性結構的參數自由度，基于單層超構表面實現偏振無依賴近場彩色納米打印和遠場彩色全息成像符合未來光子器件集成化的趨勢，并且對制備工藝不提出額外的挑戰，在技術和應用層面都具有深遠的意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種偏振無依賴彩色納米打印與彩色全息協同實現方法。該功能的物理本質是在于實現r、g、b三基色的偏振無依賴復振幅調制。該復振幅調制依賴于組合的各向異性結構拓展的參數自由度，解決了各向同性結構難以實現三基色復振幅調制的難題。在此基礎上，利用修正的全息算法迭代計算得到近場所需的振幅分布和遠場的相位分布，并利用粒子群算法獲得滿足條件的超構表面結構。本專利技術為超構表面偏振無依賴彩色納米打印和全息提供了一種全新的設計方法，可應用于彩色顯示和信息加密等領域。
2、本專利技術基于各向異性超構表面偏振
3、本專利技術目的是通過下述技術方案實現的。
4、一種偏振無依賴彩色納米打印與彩色全息協同實現方法，利用組合的各向異性結構實現r、g、b三基色的復振幅調制；復振幅調制依賴于組合的各向異性的單元結構拓展的參數自由度，達到各向同性結構實現三基色復振幅調制的目的；利用修正的全息算法迭代計算得到近場所需的振幅分布和遠場的相位分布，并利用粒子群算法獲得滿足條件的超構表面結構，采用超構表面在正入射和任意偏振態條件下在近場呈現彩色納米打印圖像，同時在遠場呈現彩色全息圖像。
5、具體包括以下步驟：
6、步驟1)將近場和遠場彩色目標圖像分別分解為r、g、b三通道圖像，利用修正gs迭代算法計算得到三基色通道的近場所需的振幅和遠場相位分布圖，所得到的振幅和相位記為a(λ)和φ(λ)，λ＝r,g,b表示三基色波長；
7、步驟2)用于實現偏振無依賴彩色納米打印與全息的超構表面是由各向異性的結構組成，所述的單元結構可以在三基色上調控入射光場，傳輸特性可以由色散瓊斯矩陣表示；所述的色散瓊斯矩陣可以有如下所示：
8、
9、φx(λ)和φy(λ)分別表示沿橢圓柱長軸和短軸方向不同波長下的傳輸相位；β表示取向為θ的旋轉矩陣；所述的用于實現偏振無依賴彩色納米打印與全息的超構表面超單元由四個單元結構組成，傳輸特性可以用色散瓊斯矩陣表示為：
10、
11、k表示超單元中四個單元結構的索引數，a11，a12,a21,a22和分別表示色散瓊斯矩陣四個元素的振幅和相位；
12、步驟3)用于實現偏振無依賴彩色納米打印與全息的超構表面是由多個不同幾何尺寸和面內旋轉角度的介質橢圓柱陣列排布構成；借助時域有限差分方法仿真計算，確定橢圓柱光場傳輸特性(相位和透過率)隨橢圓柱尺寸變化的圖像；
13、步驟4)依據步驟3)得到的橢圓柱傳輸相位圖，根據公式(2)所需的振幅和相位分布；根據步驟1)得到的彩色納米打印和全息復振幅，基于粒子群算法在數據庫中選取合適的結構，排布超構表面彩色納米打印和全息每個介質橢圓柱；生成加工版圖文件，并制備加工，得到超構表面結構實物；
14、步驟5)將超構表面實物置于搭建的測試光路中，入射光為r、g、b三激光的合成白光，通過控制線偏振片和四分之一波片的角度產生任意的偏振態，在超構表面結構表面和特定位置的成像面上可分別得到對應的彩色納米打印和彩色全息重建圖像。
15、改變入射光偏振態，出射的彩色納米打印和全息圖像不發生變化，驗證器件的偏振無依賴特性。
16、其中，單元結構由二氧化硅襯底和周期性排布的納米橢圓柱結構組成，每個超單元由四個納米橢圓柱組成，每個納米橢圓柱的尺寸與面內旋轉角度都不相同，四個納米柱對光的調控作用由組合瓊斯矩陣描述；每個納米橢圓柱可以實現對r、g、b三基色的相位調制，四個單元的協同作用可以實現對光場的復振幅調制。
17、本專利技術通過對每個納米橢圓柱結構尺寸和旋轉角度的合理設計，可以將超構表面設計成一個雙功能器件，同時展現近場彩色納米打印和彩色全息。
18、本專利技術通過修正的gs相位迭代算法，將近場彩色目標振幅和遠場彩色目標相位作為目標值引入到算法，實現所需的r、g、b三基色的相位和振幅值。
19、本專利技術基于粒子群算法在數據庫中選取合適的結構，排布超構表面彩色納米打印和全息每個介質橢圓柱；生成加工版圖文件，并制備加工，得到超構表面結構實物。
20、本專利技術利用組合的各向異性結構拓展參數自由度，實現傳統的各向同性結構無法實現的三基色復振幅調制，并且基于此展示偏振無依賴的近遠場協同調控雙功能器件，近場實現彩色納米打印，遠場實現彩色全息。
21、本專利技術公開了以下技術效果：
22、本專利技術中提供一種偏振無依賴彩色納米打印與彩色全息協同實現方法，通過控制r、g、b三基色合成白光，在近場和遠場可以得到不同的彩色納米打印和彩色全息圖像，且實現的彩色納米打印和全息與入射光的偏振無關。該復振幅調制依賴于組合的各向異性結構拓展的參數自由度，解決了各向同性結構難以實現三基色復振幅調制的難題。與傳統的基于3d超構表面的技術相比，其優勢在于集成化程度更高且設計、加工簡單，可應用于彩色顯示和信息加密等領域，具有廣闊的應用前景。
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1.一種偏振無依賴彩色納米打印與彩色全息協同實現方法，其特征在于：利用組合的各向異性結構實現R、G、B三基色的復振幅調制；復振幅調制依賴于組合的各向異性的單元結構拓展的參數自由度，達到各向同性結構實現三基色復振幅調制的目的；利用修正的全息算法迭代計算得到近場所需的振幅分布和遠場的相位分布，并利用粒子群算法獲得滿足條件的超構表面結構；采用超構表面在正入射和任意偏振態條件下在近場呈現彩色納米打印圖像，同時在遠場呈現彩色全息圖像。
2.根據權利要求1所述的一種偏振無依賴彩色納米打印與彩色全息協同實現方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
3.根據權利要求書1所述的一種偏振無依賴彩色納米打印與彩色全息協同實現方法，其特征在于：所述的單元結構由二氧化硅襯底和周期性排布的納米橢圓柱結構組成，每個超單元由四個納米橢圓柱組成，每個納米橢圓柱的尺寸與面內旋轉角度都不相同，四個納米柱對光的調控作用由組合瓊斯矩陣描述；每個納米橢圓柱實現對R、G、B三基色的相位調制，四個單元的協同作用實現對光場的復振幅調制。
4.根據權利要求書3所述的一種偏振無依賴彩色納米打印與彩色全
...【技術特征摘要】
1.一種偏振無依賴彩色納米打印與彩色全息協同實現方法，其特征在于：利用組合的各向異性結構實現r、g、b三基色的復振幅調制；復振幅調制依賴于組合的各向異性的單元結構拓展的參數自由度，達到各向同性結構實現三基色復振幅調制的目的；利用修正的全息算法迭代計算得到近場所需的振幅分布和遠場的相位分布，并利用粒子群算法獲得滿足條件的超構表面結構；采用超構表面在正入射和任意偏振態條件下在近場呈現彩色納米打印圖像，同時在遠場呈現彩色全息圖像。
2.根據權利要求1所述的一種偏振無依賴彩色納米打印與彩色全息協同實現方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
3.根據權利...
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