【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光學設備，具體而言，涉及一種超表面結構及其的設計方法。
技術介紹
1、超表面(metasurface)是近幾年蓬勃發展的新興光學元件，其包括二維排列的亞波長單元結構，可以對電磁波進行多維度自由的調控，如振幅、相位和偏振等。超表面具有體積小、重量輕的特點，有助于減小其所應用的光學系統的體積和重量。目前，超表面結構已經在成像、光束整形、全息、偏振測量等領域得到了廣泛應用。
2、但是，目前的超表面結構主要通過改變結構尺寸來實現0～2π的相位覆蓋，得到的相位延遲量響應曲線上可能存在諧振峰，使得諧振峰處的超表面單元的透過率降低，相位響應變化劇烈，影響超表面結構的整體效率。
3、也就是說，現有技術中的超表面結構存在相位響應有諧振峰從而影響透過率的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的主要目的在于提供一種超表面結構及其的設計方法，以解決現有技術中的超表面結構存在相位響應有諧振峰從而影響透過率的問題。
2、為了實現上述目的，根據本專利技術的一個方面，提供了一種超表面結構的設計方法，包括如下步驟：確定襯底和襯底上的超表面單元的材料，以及超表面單元的形狀；確定超表面單元在第一尺寸范圍內的透過率曲線和/或相位響應曲線；判斷透過率曲線和/或相位響應曲線中是否存在諧振峰；如果透過率曲線和/或相位響應曲線中存在諧振峰，則調整覆蓋層的材料和厚度，以消除諧振峰；如果透過率曲線和/或相位響應曲線中不存在諧振峰，則判定設計方法完成。
3、進一步地，確定超表
4、進一步地，在掃描超表面單元在第一高度下的第一尺寸范圍內的透過率曲線和/或相位響應曲線的步驟中，設定第一高度下的第一尺寸范圍滿足2π的相位覆蓋。
5、進一步地，調整覆蓋層的材料和厚度的步驟包括：選擇與超表面單元的折射率不同的材料作為覆蓋層的材料；建立超表面單元與覆蓋層的疊置模型；采用嚴格耦合波方法掃描仿真確定能夠消除諧振峰的覆蓋層的厚度。
6、進一步地，在選擇與超表面單元的折射率不同的材料作為覆蓋層的材料的步驟中，設置覆蓋層的材料包括sio2和sin中的一種；和/或在建立超表面單元與覆蓋層的疊置模型的步驟中，設置疊置模型包括在超表面單元的上表面和下表面的至少一側表面上隨形覆蓋一層或多層覆蓋層所形成的疊置模型。
7、進一步地，采用嚴格耦合波方法掃描仿真確定能夠消除諧振峰的覆蓋層的厚度的步驟，包括：采用嚴格耦合波方法掃描仿真覆蓋層在多個厚度下的超表面單元的透過率曲線和/或相位響應曲線；確定多個透過率曲線和/或多個相位響應曲線中諧振峰最小或沒有諧振峰所對應的透過率曲線和/或相位響應曲線并作為目標圖；以目標圖對應的覆蓋層的厚度為最終厚度。
8、進一步地，在采用嚴格耦合波方法掃描仿真覆蓋層在多個厚度下的超表面單元的透過率曲線和/或相位響應曲線的步驟中，包括：確定覆蓋層的初始厚度h，初始厚度h滿足：h＝λ/(10*ncover)，λ為工作波長，ncover為覆蓋層的折射率；根據初始厚度h確定仿真厚度范圍；采用嚴格耦合波方法掃描仿真覆蓋層在仿真厚度范圍下的超表面單元的透過率曲線和/或相位響應曲線。
9、進一步地，在確定襯底和襯底上的超表面單元的材料，以及超表面單元的形狀的步驟中，根據工作波長λ確定襯底和襯底上的超表面單元的材料，以及超表面單元的形狀；和/或設置超表面單元呈柱狀，呈柱狀的超表面單元沿平行于襯底的方向的截面形狀包括圓形、多邊形、圓環形和十字形中的一種；和/或設置超表面單元的材料包括si、αsi、tio2、gan和hfo2中的一種。
10、進一步地，在確定超表面單元的高度作為第一高度的步驟中，設置第一高度大于等于400nm且小于等于1000nm。
11、根據本專利技術的另一方面，提供了一種超表面結構，超表面結構為上述的超表面結構，超表面結構包括：襯底；超表面單元，超表面單元為多個，多個超表面單元呈陣列設置在襯底上，覆蓋層，至少部分超表面單元遠離襯底的一側表面上和/或超表面單元朝向襯底的一側表面上設置有覆蓋層，覆蓋層與超表面單元的折射率不同，覆蓋層用于消除超表面單元的諧振峰。
12、應用本專利技術的技術方案，超表面結構的設計方法包括如下步驟：確定襯底和襯底上的超表面單元的材料，以及超表面單元的形狀；確定超表面單元在第一尺寸范圍內的透過率曲線和/或相位響應曲線；判斷透過率曲線和/或相位響應曲線中是否存在諧振峰；如果透過率曲線和/或相位響應曲線中存在諧振峰，則調整覆蓋層的材料和厚度，以消除諧振峰；如果透過率曲線和/或相位響應曲線中不存在諧振峰，則判定設計方法完成。
13、本申請在確定完襯底和襯底上的超表面單元的材料以及超表面單元的形狀后，通過仿真得到超表面單元在第一尺寸范圍內的透過率曲線和/或相位響應曲線，通過觀察透過率曲線與相位響應曲線中的至少一個，判斷透過率曲線與相位響應曲線中的至少一個中是否存在諧振峰。如果透過率曲線與相位響應曲線中的至少一個中存在諧振峰，則調整覆蓋層的材料和厚度，從而利用合理材料和合理厚度的覆蓋層去消除曲線中的諧振峰，以得到無諧振峰、光滑的相位響應曲線和透過率曲線的超表面結構，同時能夠避免諧振峰對超表面結構的光線透過率的影響，有利于保證超表面結構的高透過率。
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1.一種超表面結構的設計方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，所述確定所述超表面單元(20)在第一尺寸范圍內的透過率曲線和/或相位響應曲線的步驟包括：
3.根據權利要求2所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，在所述掃描所述超表面單元(20)在所述第一高度下的第一尺寸范圍內的透過率曲線和/或相位響應曲線的步驟中，設定所述第一高度下的所述第一尺寸范圍滿足2π的相位覆蓋。
4.根據權利要求1所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，所述調整覆蓋層(30)的材料和厚度的步驟包括：
5.根據權利要求4所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，
6.根據權利要求4所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，所述采用嚴格耦合波方法掃描仿真確定能夠消除諧振峰的所述覆蓋層(30)的厚度的步驟，包括：
7.根據權利要求6所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，在所述采用嚴格耦合波方法掃描仿真所述覆蓋層(30)在多個厚度下的所述超表面單元(20)的透過率曲線和/或相位響應曲線的步驟中
8.根據權利要求1至7中任一項所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，在所述確定襯底(10)和所述襯底(10)上的超表面單元(20)的材料，以及所述超表面單元(20)的形狀的步驟中，
9.根據權利要求2所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，在所述確定所述超表面單元(20)的高度作為第一高度的步驟中，設置所述第一高度大于等于400nm且小于等于1000nm。
10.一種超表面結構，其特征在于，所述超表面結構為權利要求1至9中任一項所述的超表面結構，所述超表面結構包括：
...【技術特征摘要】
1.一種超表面結構的設計方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，所述確定所述超表面單元(20)在第一尺寸范圍內的透過率曲線和/或相位響應曲線的步驟包括：
3.根據權利要求2所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，在所述掃描所述超表面單元(20)在所述第一高度下的第一尺寸范圍內的透過率曲線和/或相位響應曲線的步驟中，設定所述第一高度下的所述第一尺寸范圍滿足2π的相位覆蓋。
4.根據權利要求1所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，所述調整覆蓋層(30)的材料和厚度的步驟包括：
5.根據權利要求4所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，
6.根據權利要求4所述的超表面結構的設計方法，其特征在于，所述采用嚴格耦合波方法掃描仿真確定能夠消除諧振...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬珂奇，孫飛岳，請求不公布姓名，陳遠，
申請(專利權)人：寧波舜宇奧來技術有限公司，
類型：發明
國別省市：
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