CN111175855B - 一种多重信息复用超表面及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于微纳光学技术领域，公开了一种多重信息复用超表面及其设计方法，复用超表面包括基底、纳米砖阵列，纳米砖阵列沉积在基底上，基底划分为多个尺寸一致的单元结构，纳米砖阵列包括多个纳米砖，每个单元结构的工作面上设有一个纳米砖；第一线偏振光入射时，复用超表面在近场显示第一二维码；第二线偏振光入射时，复用超表面在近场显示第二二维码；圆偏振光入射时，复用超表面在远场形成全息图案。本发明能够进一步增加记录的信息容量。

Description

一种多重信息复用超表面及其设计方法

技术领域

本发明涉及微纳光学技术领域，尤其涉及一种多重信息复用超表面及其设计方法。

背景技术

二维码作为一个近几年来在移动设备上流行起来的新兴编码方式，比传统的条形码能存更多的信息，也能表示更多的数据类型。其用某种按特定规则分布的黑白相间的像素组成，本质上相当于一幅二值图案，被广泛应用于信息记录、信息识别、防伪等领域。随着超表面的提出，图案分辨率被大大提高，达到数万DPI(每英寸内像素数)，利用该优势可以使二维码信息容量大大提高。

发明内容

本申请的目的在于提供一种多重信息复用超表面及其设计方法，进一步增加记录的信息容量。

本申请实施例提供一种多重信息复用超表面，包括：基底、纳米砖阵列；所述纳米砖阵列沉积在所述基底上；所述基底划分为多个尺寸一致的单元结构，所述纳米砖阵列包括多个纳米砖，每个所述单元结构的工作面上设有一个所述纳米砖；

第一线偏振光入射时，复用超表面在近场显示第一二维码；第二线偏振光入射时，所述复用超表面在近场显示第二二维码；圆偏振光入射时，所述复用超表面在远场形成全息图案。

优选的，所述单元结构的工作面为正方形，所述纳米砖为长方体形，所述基底和所述纳米砖的尺寸均为亚波长级；

所述多个纳米砖包括第一数量的第一纳米砖、第二数量的第二纳米砖、第三数量的第三纳米砖；

在工作波长下，所述第一纳米砖用于实现半波片的功能，所述第二纳米砖用于实现四分之一波片的功能，所述第三纳米砖用于实现各向同性结构的功能。

优选的，以所述单元结构的两边为x轴和y轴，以所述纳米砖的长边为长轴，以所述长轴与x轴的夹角为纳米砖的转向角θ；

所述复用超表面的工作模式包括第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式；

所述第一工作模式下，入射的所述第一线偏振光的偏振方向与x轴的夹角为0，入射光通过纳米砖后，由检偏方向沿y轴的检偏器检偏，所述复用超表面在近场显示第一二维码；

所述第二工作模式下，入射的所述第二线偏振光的偏振方向与x轴的夹角为-45°，入射光通过纳米砖后，由检偏方向与x轴夹角为45°的检偏器检偏，所述复用超表面在近场显示第二二维码；

所述第三工作模式下，入射光为所述圆偏振光，所述复用超表面在远场形成全息图案。

优选的，在所述第一工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第一纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为sin²2θ，sin²2θ表示所述第一纳米砖对应的第一出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第二纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为

表示所述第二纳米砖对应的第二出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第三纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为0，0表示所述第三纳米砖对应的第三出射光强。

优选的，在所述第二工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第一纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为cos²2θ，cos²2θ表示所述第一纳米砖对应的第四出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第二纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为

表示所述第二纳米砖对应的第五出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第三纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为0，0表示所述第三纳米砖对应的第六出射光强。

优选的，在所述第三工作模式下，入射光通过转向角为θ的纳米砖后，相位调制量为2θ，产生相位型傅里叶全息图。

优选的，所述基底采用熔融石英玻璃材料制成，所述纳米砖采用电介质材料制成。

另一方面，本申请实施例提供上述多重信息复用超表面的设计方法，包括以下步骤：

以所述单元结构的两边为x轴和y轴，建立xoy坐标系，以所述纳米砖的长边为长轴、所述纳米砖的短边为短轴，以所述长轴与x轴的夹角为纳米砖的转向角；

基于入射光的工作波长，采用电磁仿真软件建模仿真，当所述纳米砖的转向角为0时，以偏振方向分别沿x轴和y轴的两束线偏光同时垂直于所述工作面入射，在所述工作波长下扫描所述单元结构、所述纳米砖的尺寸参数；

以两束线偏光透过率相等，相位差等于π为优化对象，获得所述单元结构的工作面的边长、第一纳米砖的长宽高；

以两束线偏光透过率相等，相位差等于π/2为优化对象，获得第二纳米砖的长宽高；

以两束线偏光透过率相等，相位差等于0为优化对象，获得第三纳米砖的长宽高；

根据所述第一二维码、所述第二二维码、所述全息图案确定对应位置的纳米砖的选取及转向角。

优选的，所述根据所述第一二维码、所述第二二维码、所述全息图案确定对应位置的纳米砖的选取及转向角包括：

若要求纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“白”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第一纳米砖，并将所述第一纳米砖的转向角初步设置为22.5°、67.5°、112.5°、157.5°中的一种；

若要求纳米砖在第一工作模式中显示“白”，在第二工作模式中显示“黑”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第二纳米砖，并将所述第二纳米砖的转向角初步设置为45°、135°中的一种；

若要求纳米砖在第一工作模式中显示“黑”，在第二工作模式中显示“白”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第二纳米砖，并将所述第二纳米砖的转向角初步设置为0°、90°中的一种；

若要求纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“黑”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第三纳米砖。

优选的，所述根据所述第一二维码、所述第二二维码、所述全息图案确定对应位置的纳米砖的选取及转向角还包括：

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“白”时，每个所述第一纳米砖的转向角的最终设置角度；

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式中显示“白”，在第二工作模式中显示“黑”时，每个所述第二纳米砖的转向角的最终设置角度；

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式中显示“黑”，在第二工作模式中显示“白”时，每个所述第二纳米砖的转向角的最终设置角度；

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“黑”时，每个所述第三纳米砖的转向角的最终设置角度。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，提供的多重信息复用超表面包括基底、纳米砖阵列，纳米砖阵列沉积在基底上，基底划分为多个尺寸一致的单元结构，纳米砖阵列包括多个纳米砖，每个单元结构的工作面上设有一个纳米砖；第一线偏振光入射时，复用超表面在近场显示第一二维码；第二线偏振光入射时，复用超表面在近场显示第二二维码；圆偏振光入射时，复用超表面在远场形成全息图案。即本发明提供的复用超表面能实现三重图像，包含两个二维码与一个全息图案，所蕴含的信息量大大增强。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面中纳米单元结构的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面中第一纳米砖的长短轴透过率图；

图3为本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面中第一纳米砖的长短轴相位差图；

图4为本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面中第二纳米砖的长短轴透过率图；

图5为本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面中第二纳米砖的长短轴相位差图；

图6为本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面中第三纳米砖的长短轴透过率图；

图7为本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面中第三纳米砖的长短轴相位差图；

图8为本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面在第一工作模式下显示的第一二维码；

图9为本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面在第二工作模式下显示的第二二维码；

图10为本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面在第三工作模式下显示的全息图案。

具体实施方式

本发明提出一种能够将双二维码与远场全息相结合的多重信息复用超表面，其在不同的工作模式下，能够产生两个二维码图案与一个相位型傅里叶全息图案，能够大大增加信息容量与防伪特征，有望在信息存储、多重显示、高端防伪方面得到广泛应用。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种多重信息复用超表面，当两种不同偏振方向的线偏振光入射时，其在近场能显示两个不同的二维码；即第一线偏振光入射时，复用超表面在近场显示第一二维码；第二线偏振光入射时，所述复用超表面在近场显示第二二维码。而采用圆偏振光入射时，其在远场能形成一个全息图案。

本实施例提供的一种多重信息复用超表面包括：基底和沉积在其上的纳米砖阵列。所述纳米砖阵列包括多个纳米砖，所述多个纳米砖包括第一数量的第一纳米砖、第二数量的第二纳米砖、第三数量的第三纳米砖。在工作波长下，所述第一纳米砖用于实现半波片的功能，所述第二纳米砖用于实现四分之一波片的功能，所述第三纳米砖用于实现各向同性结构的功能。

所述基底划分为多个尺寸一致的单元结构，每个所述单元结构的工作面为边长为C的正方形，所述单元结构的尺寸为亚波长级；每个所述工作面上均设有一个所述纳米砖(所述纳米砖的种类根据需求具体选取为所述第一纳米砖、所述第二纳米砖、所述第三纳米砖中的一种)，所述纳米砖的结构尺寸长L、宽W和高H均为亚波长级，是根据选定的入射光的工作波长，通过电磁仿真优化得到。

以所述单元结构的两直角边为x轴和y轴，建立xoy坐标系，以所述纳米砖的长边为长轴、短边为短轴，所述纳米砖的长轴与x轴的夹角为纳米砖的转向角θ。一个所述单元结构和一个所述纳米砖构成一个纳米单元结构，如图1所示。

所述复用超表面的工作模式包括第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式。

所述第一工作模式下，入射的所述第一线偏振光的偏振方向与x轴的夹角为0，入射光通过纳米砖后，由检偏方向沿y轴的检偏器检偏，所述复用超表面在近场显示第一二维码。

所述第二工作模式下，入射的所述第二线偏振光的偏振方向与x轴的夹角为-45°，入射光通过纳米砖后，由检偏方向与x轴夹角为45°的检偏器检偏，所述复用超表面在近场显示第二二维码。

所述第三工作模式下，入射光为所述圆偏振光，所述复用超表面在远场形成全息图案。

所述基底为透明基底，所述基底可采用熔融石英玻璃材料制成，所述纳米砖采用电介质材料制成，如二氧化钛、硅等。

以工作波长λ＝480nm为例，采用电磁仿真软件建模仿真，当纳米砖的转向角为0时，以偏振方向分别沿x轴和y轴的两束线偏光(x线偏光和y线偏光)同时垂直于工作面入射，在工作波长下扫描纳米单元结构的参数，包括L、W、H、C。

以两种线偏光(x线偏光和y线偏光)透过率相等，相位差等于π为优化对象。优化得到纳米单元结构的参数为：L＝210nm，W＝100nm，H＝600nm，C＝400nm。此时x线偏光和y线偏光透过率几乎相等且均高于90％，如图2所示。相位差接近π，如图3所示。因此，在优化好的纳米单元结构的参数下，可以使该纳米砖等效为半波片，即得到所述第一纳米砖的尺寸参数。

以两种线偏光透过率相等，相位差等于π/2为优化对象。优化得到纳米单元的结构参数为：L＝145nm，W＝100nm，H＝600nm，C＝400nm。此时x线偏光和y线偏光透过率几乎相等且均高于90％，如图4所示。相位差接近π/2，如图5所示。因此，在优化好的纳米单元结构参数下，可以使该纳米砖等效为四分之一波片，即得到所述第二纳米砖的尺寸参数。

以两种线偏光透过率相等，相位差等于0为优化对象。优化得到纳米单元的结构参数为：L＝100nm，W＝100nm，H＝600nm，C＝400nm。此时x线偏光和y线偏光透过率几乎相等且均高于90％，如图6所示。相位差接近0，如图7所示。因此，在优化好的纳米单元结构参数下，可以使该纳米砖等效为各向同性结构，即得到所述第三纳米砖的尺寸参数。

当入射光的偏振方向与x轴夹角为0时，入射光通过纳米砖的转向角为θ的纳米结构单元后，由检偏方向沿y轴的检偏器检偏，此为第一工作模式。

在第一工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第一纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为sin²2θ，sin²2θ表示所述第一纳米砖对应的第一出射光强。

在第一工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第二纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为

表示所述第二纳米砖对应的第二出射光强。

在第一工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第三纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为0，0表示所述第三纳米砖对应的第三出射光强。

当入射光的偏振方向与x轴夹角为-45°时，入射光通过纳米砖的转向角为θ的纳米结构单元后，由检偏方向与x轴夹角为45°的检偏器检偏，此为第二工作模式。

在第二工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第一纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为cos²2θ，cos²2θ表示所述第一纳米砖对应的第四出射光强。

在第二工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第二纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为

表示所述第二纳米砖对应的第五出射光强。

在第二工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第三纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为0，0表示所述第三纳米砖对应的第六出射光强。

当入射光为圆偏振光时，通过纳米砖的转向角为θ的纳米结构单元后，相位调制量为纳米砖转角的两倍即2θ，由此产生相位型傅里叶全息图，此为第三工作模式。

在上述技术方案的基础上，复用超表面在第一工作模式下显示第一个二维码，如图8所示。在第二工作模式下显示第二个二维码，如图9所示。

对于复用超表面上的任意一个单元结构(或纳米砖)，若要求其在第一工作模式、第二工作模式下都显示“白”，则将该单元结构优化设计为半波片，即将纳米砖设计为所述第一纳米砖，所述第一纳米砖的转向角在22.5°、67.5°、112.5°、157.5°中选择(即转向角的初步设置)，即(1)式、(4)式结果均为0.5。

若要求纳米砖在第一工作模式下显示“白”，在第二工作模式下显示“黑”，则将该单元结构优化设计为四分之一波片，即将纳米砖设计为所述第二纳米砖，且所述第二纳米砖的转向角在45°、135°中选择(即转向角的初步设置)，即(2)式结果为0.5，(5)式结果为0。

若要求纳米砖第一工作模式下显示“黑”，在第二工作模式下显示“白”，则将该单元结构优化设计为四分之一波片，即将纳米砖设计为所述第二纳米砖，且所述第二纳米砖的转向角在0°、90°中选择(即转向角的初步设置)，即(2)式结果为0，(5)式结果为0.5。

若要求纳米砖在第一工作模式、第二工作模式下都显示“黑”，则将该单元结构优化设计为各向同性，即将纳米砖设计为所述第三纳米砖，(3)式、(6)式结果均为0，所述第三纳米砖的初步转向角可以为任意值。

第三工作模式下所要显示的相位型全息图案如图10所示，以该图作为目标图像，采用模拟退火法，最终确定各单元结构转角具体选择哪一个值。

具体的，针对第一工作模式、第二工作模式下都显示“白”的情况，确定所述第一纳米砖的转向角为22.5°、67.5°、112.5°、157.5°中的具体哪一个值。

针对第一工作模式下显示“白”，在第二工作模式下显示“黑”的情况，确定所述第二纳米砖的转向角为45°、135°中的具体哪一个值。

针对第一工作模式下显示“黑”，在第二工作模式下显示“白”的情况，确定所述第二纳米砖的转向角为0°、90°中的具体哪一个值。

针对第一工作模式、第二工作模式下都显示“黑”的情况，确定所述第三纳米砖的转向角。

综上，本发明提供的复用超表面由第一数量的能够等效为半波片的第一纳米砖、第二数量的能够等效为四分之一波片的第二纳米砖、第三数量的能够等效为各向同性结构的第三纳米砖构成。当两种不同偏振方向的线偏振光入射时，复用超表面分别在近场能显示两个不同的二维码。而采用圆偏振光入射时，复用超表面在远场能形成一个全息图案。两个二维码和两个全息图案可分别设计，完全独立、互不影响。本发明提供了一种新的功能强大的多重信息复用技术，有望在多重显示、防伪等领域得到广泛应用。

本实施例提供上述多重信息复用超表面的设计方法，包括以下步骤：

步骤1、以所述单元结构的两边为x轴和y轴，建立xoy坐标系，以所述纳米砖的长边为长轴、所述纳米砖的短边为短轴，以所述长轴与x轴的夹角为纳米砖的转向角。

步骤2、基于入射光的工作波长，采用电磁仿真软件建模仿真，当所述纳米砖的转向角为0时，以偏振方向分别沿x轴和y轴的两束线偏光同时垂直于所述工作面入射，在所述工作波长下扫描所述单元结构、所述纳米砖的尺寸参数。

以两束线偏光透过率相等，相位差等于π为优化对象，获得所述单元结构的工作面的边长、第一纳米砖的长宽高；以两束线偏光透过率相等，相位差等于π/2为优化对象，获得第二纳米砖的长宽高；以两束线偏光透过率相等，相位差等于0为优化对象，获得第三纳米砖的长宽高。

步骤3、根据所述第一二维码、所述第二二维码、所述全息图案确定对应位置的纳米砖的选取及转向角。

步骤3.1、若要求纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“白”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第一纳米砖，并将所述第一纳米砖的转向角初步设置为22.5°、67.5°、112.5°、157.5°中的一种。

若要求纳米砖在第一工作模式中显示“白”，在第二工作模式中显示“黑”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第二纳米砖，并将所述第二纳米砖的转向角初步设置为45°、135°中的一种。

若要求纳米砖在第一工作模式中显示“黑”，在第二工作模式中显示“白”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第二纳米砖，并将所述第二纳米砖的转向角初步设置为0°、90°中的一种。

若要求纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“黑”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第三纳米砖。

步骤3.2、根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“白”时，每个所述第一纳米砖的转向角的最终设置角度。

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式中显示“白”，在第二工作模式中显示“黑”时，每个所述第二纳米砖的转向角的最终设置角度。

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式中显示“黑”，在第二工作模式中显示“白”时，每个所述第二纳米砖的转向角的最终设置角度。

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“黑”时，每个所述第三纳米砖的转向角的最终设置角度。

本发明实施例提供的一种多重信息复用超表面及其设计方法至少包括如下技术效果：

(1)超表面能实现三重图像，包含两个二维码与一个全息图案，所蕴含的信息量大大增强。

(2)超表面设计灵活，两个二维码和两个全息图案可分别设计，完全独立、互不影响。

(3)纳米单元结构尺寸均为亚波长级，因此本发明所设计的多重信息复用超表面体积小、重量轻、可高度集成，适应于未来小型化、微型化的发展。

(4)由于超表面为二台阶平面结构，因此在加工制造、批量生产等方面较为简单、节约成本。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种多重信息复用超表面，其特征在于，包括：基底、纳米砖阵列；所述纳米砖阵列沉积在所述基底上；所述基底划分为多个尺寸一致的单元结构，所述纳米砖阵列包括多个纳米砖，每个所述单元结构的工作面上设有一个所述纳米砖；

第一线偏振光入射时，复用超表面在近场显示第一二维码；第二线偏振光入射时，所述复用超表面在近场显示第二二维码；圆偏振光入射时，所述复用超表面在远场形成全息图案；

所述单元结构的工作面为正方形，所述纳米砖为长方体形，所述基底和所述纳米砖的尺寸均为亚波长级；

所述多个纳米砖包括第一数量的第一纳米砖、第二数量的第二纳米砖、第三数量的第三纳米砖；

在工作波长下，所述第一纳米砖用于实现半波片的功能，所述第二纳米砖用于实现四分之一波片的功能，所述第三纳米砖用于实现各向同性结构的功能。

2.根据权利要求1所述的多重信息复用超表面，其特征在于，以所述单元结构的两边为x轴和y轴，以所述纳米砖的长边为长轴，以所述长轴与x轴的夹角为纳米砖的转向角θ；

所述复用超表面的工作模式包括第一工作模式、第二工作模式、第三工作模式；

所述第一工作模式下，入射的所述第一线偏振光的偏振方向与x轴的夹角为0，入射光通过纳米砖后，由检偏方向沿y轴的检偏器检偏，所述复用超表面在近场显示第一二维码；

所述第二工作模式下，入射的所述第二线偏振光的偏振方向与x轴的夹角为-45°，入射光通过纳米砖后，由检偏方向与x轴夹角为45°的检偏器检偏，所述复用超表面在近场显示第二二维码；

所述第三工作模式下，入射光为所述圆偏振光，所述复用超表面在远场形成全息图案。

3.根据权利要求2所述的多重信息复用超表面，其特征在于，在所述第一工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第一纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为sin²2θ，sin²2θ表示所述第一纳米砖对应的第一出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第二纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为

表示所述第二纳米砖对应的第二出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第三纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为0，0表示所述第三纳米砖对应的第三出射光强。

4.根据权利要求2所述的多重信息复用超表面，其特征在于，在所述第二工作模式下，入射光通过转向角为θ的所述第一纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为cos²2θ，cos²2θ表示所述第一纳米砖对应的第四出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第二纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为

表示所述第二纳米砖对应的第五出射光强；

入射光通过转向角为θ的所述第三纳米砖时琼斯矩阵满足下式：

计算得到该琼斯矩阵对应的光波光强为0，0表示所述第三纳米砖对应的第六出射光强。

5.根据权利要求2所述的多重信息复用超表面，其特征在于，在所述第三工作模式下，入射光通过转向角为θ的纳米砖后，相位调制量为2θ，产生相位型傅里叶全息图。

6.根据权利要求1所述的多重信息复用超表面，其特征在于，所述基底采用熔融石英玻璃材料制成，所述纳米砖采用电介质材料制成。

7.一种如权利要求1-6中任一所述的多重信息复用超表面的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

以所述单元结构的两边为x轴和y轴，建立xoy坐标系，以所述纳米砖的长边为长轴、所述纳米砖的短边为短轴，以所述长轴与x轴的夹角为纳米砖的转向角；

基于入射光的工作波长，采用电磁仿真软件建模仿真，当所述纳米砖的转向角为0时，以偏振方向分别沿x轴和y轴的两束线偏光同时垂直于所述工作面入射，在所述工作波长下扫描所述单元结构、所述纳米砖的尺寸参数；

以两束线偏光透过率相等，相位差等于π为优化对象，获得所述单元结构的工作面的边长、第一纳米砖的长宽高；

以两束线偏光透过率相等，相位差等于π/2为优化对象，获得第二纳米砖的长宽高；

以两束线偏光透过率相等，相位差等于0为优化对象，获得第三纳米砖的长宽高；

根据所述第一二维码、所述第二二维码、所述全息图案确定对应位置的纳米砖的选取及转向角。

8.根据权利要求7所述的多重信息复用超表面的设计方法，其特征在于，所述根据所述第一二维码、所述第二二维码、所述全息图案确定对应位置的纳米砖的选取及转向角包括：

若要求纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“白”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第一纳米砖，并将所述第一纳米砖的转向角初步设置为22.5°、67.5°、112.5°、157.5°中的一种；

若要求纳米砖在第一工作模式中显示“白”，在第二工作模式中显示“黑”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第二纳米砖，并将所述第二纳米砖的转向角初步设置为45°、135°中的一种；

若要求纳米砖在第一工作模式中显示“黑”，在第二工作模式中显示“白”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第二纳米砖，并将所述第二纳米砖的转向角初步设置为0°、90°中的一种；

若要求纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“黑”，则将对应位置的纳米砖选取为所述第三纳米砖。

9.根据权利要求8所述的多重信息复用超表面的设计方法，其特征在于，所述根据所述第一二维码、所述第二二维码、所述全息图案确定对应位置的纳米砖的选取及转向角还包括：

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“白”时，每个所述第一纳米砖的转向角的最终设置角度；

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式中显示“白”，在第二工作模式中显示“黑”时，每个所述第二纳米砖的转向角的最终设置角度；

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式中显示“黑”，在第二工作模式中显示“白”时，每个所述第二纳米砖的转向角的最终设置角度；

根据所述全息图案，确定纳米砖在第一工作模式、第二工作模式中均显示“黑”时，每个所述第三纳米砖的转向角的最终设置角度。

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