CN114397761A - 基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，属于微纳光学、衍射光学和光场调控应用技术领域。本发明将双相位编码方式引入超颖表面的设计过程中，通过超像素结构实现对出射光束正交偏振通道的复振幅分布进行任意调控；利用梯度下降优化算法生成全息图，结合不同衍射级次所需的琼斯矢量计算得到相应的复振幅分布；根据需要编码的复振幅分布，确定纳米柱单元的几何尺寸，从而生成相应超颖表面结构的加工文件；采用电子束刻蚀的微纳加工工艺加工透射型介质超颖表面；在45°线偏振光入射到超颖表面时，出射光束具有多个衍射级次，并且，不同衍射级次能够携带不同的相位分布与偏振态信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种光场调控方法，尤其涉及基于超颖表面对衍射级次所携带的相位分布与偏振态的同时调控方法，属于微纳光学、衍射光学和光场调控应用技术领域。
背景技术
超颖表面可视为“降维”后的超颖材料，通常由单层金属或介质纳米天线阵列构成，能够以亚波长分辨率对出射光的振幅、相位、偏振态、频率等物理量进行灵活的调控。超颖表面所表现出的强大的波前调控能力，使得它有望成为传统光学元件的替代品。近些年来，研究人员将超颖表面应用于多个应用场合包括光束整形、超透镜、全息成像、非线性光学以及结构色显示。
传统偏振光学元件的偏振转换功能通常由琼斯矩阵进行表示。该方法能够准确描述出射光束偏振态与入射光束偏振态之间的偏振转换过程。因此，通过精心设计的超颖表面实现由任意琼斯矩阵所表示的偏振转换功能有利于许多应用的发展。通过对超颖表面每个单元琼斯矩阵的本征值和本征矢量进行分析，能够设计介质超颖表面对出射光束的相位和偏振态进行同时调控。这种方法有利于通过偏振复用的方式实现多功能光学元件。将奇异值分解方法与双相位编码方式相结合，任意对称的琼斯矩阵都能由高透过率的介质超颖表面所表示。该方法可用于实现沿z轴变化的偏振响应功能。与用于实现类似功能的传统方法相比，利用超颖表面能够显著减小光学系统的体积与光路的复杂程度。此外，将迂回相位与几何相位方法相结合，通过优化算法设计超颖表面能够对琼斯矩阵8个自由度中的6个自由度进行任意地调控。该方法可将多种偏振功能集成于同一超颖表面之中。由此可见，利用超颖表面，通过对所需琼斯矩阵进行分析，能够实现多种传统方法中很难实现的新颖功能与应用。
衍射光栅作为常用的光学元件通常被应用于成像、光通信、光谱仪以及偏振探测等应用之中。例如，涡旋光栅可以产生携带不同拓扑电荷数的涡旋光束阵列，从而能够实现基于轨道角动量的复用通信。多种类型的相位分布公式可以与达曼光栅原理相结合，并用于涡旋光束、贝塞尔光束以及艾利光束阵列的产生。然而，上述方法中各个衍射级次的偏振态都是均匀分布且无法任意调控的。为了实现对光栅不同衍射级次的偏振态进行任意地调控，通常需要对光栅中每个大周期内的相位分布进行优化设计。通过对每个衍射级次傅里叶系数的控制达到操控偏振态的目的。此类偏振光栅通常用于偏振探测与成像当中。但该方法中每个级次所携带的相位分布仍然是均匀的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超颖表面对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的同时调控方法，通过调控出射光束正交偏振通道的复振幅分布，实现对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的任意调控。本发明应用于光束整形、偏振成像以及多功能光学系统当中，解决相关工程技术问题。
本发明目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，所述用于实现不同衍射级次所携带相位分布与偏振态同时调控的超颖表面由具有矩形横截面的不同尺寸、相同方位角的介质纳米柱阵列构成。将双相位编码方式引入超颖表面的设计过程中，通过超像素结构实现对出射光束正交偏振通道的复振幅分布进行任意调控。利用梯度下降优化算法生成全息图，结合不同衍射级次所需的琼斯矢量计算得到相应的复振幅分布。根据需要编码的复振幅分布，确定纳米柱单元的几何尺寸，从而生成相应超颖表面结构的加工文件。采用电子束刻蚀的微纳加工工艺加工透射型介质超颖表面。在45°线偏振光入射到超颖表面时，出射光束具有多个衍射级次，并且，不同衍射级次能够携带不同的相位分布与偏振态信息。
本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，基于超颖表面实现对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的同时调控，包括如下步骤：
步骤一：用于实现不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态同时调控的超颖表面，由具有矩形横截面的不同尺寸、相同方位角的介质纳米柱阵列构成。将双相位编码方式引入超颖表面的设计过程中，通过超像素结构实现对出射光束正交偏振通道的复振幅分布进行任意调控。所述的几何尺寸包括纳米柱的长轴长度L、短轴长度W、高度H以及超颖表面单元的周期长度P。
用于实现不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态同时调控的超颖表面，由具有矩形横截面的不同尺寸、相同方位角的介质纳米柱阵列构成。利用琼斯矩阵方法能够将超颖表面每个单元所对应的出射与入射光束的琼斯矢量联系在一起。
出射光束的琼斯矢量Eout由公式(1)计算得：
其中tij(i＝x或y)为透射系数，j和i分别表示着入射光束和出射光束的偏振方向。对于任意一个非对角元为0的琼斯矩阵，根据双相位编码方式，按公式(2)将其拆分成两个酉矩阵T1与T2之合的形式：
酉矩阵T1与T2中的相位项表示为
与
(ii＝xx或yy)。当超颖表面单元内的介质纳米柱的透射率较高时，该单元所对应的琼斯矩阵T可视为一个对称的酉矩阵。正交偏振通道上的任意复振幅分布均按照上述双相位编码方式编码到介质超颖表面当中。
在纳米柱高度H和周期P固定的情况下，利用仿真软件对纳米柱的长轴长度L和短轴长度W进行二维扫描，得到不同尺寸纳米柱所对应的透射系数的txx和tyy。仿真时应对入射光的波长、构成纳米柱的材料种类、纳米柱高度H和周期P进行合理的选择，使透射系数的相位
和
能够覆盖0～2π。同时，透射系数的幅值abs(txx)和abs(tyy)应尽量接近于1，使得超颖表面每个单元的琼斯矩阵T满足酉矩阵条件。
步骤一所述仿真软件采用基于严格耦合波分析方法的RCWA、基于时域有限差分方法的FDTD或基于有限元方法的COMSOL。
步骤二：选择对比度满足预设标准要求的图像作为原图，采用全息迭代算法或优化算法生成全息图。将全息图乘以不同的整数，能够在动量空间得到不同的全息再现像。结合不同衍射级次所需的琼斯矢量计算需要编码的复振幅分布。根据需要编码的复振幅分布，确定纳米柱单元的几何尺寸，从而生成相应超颖表面结构的加工文件。通过将复振幅分布编码于超颖表面之中，利用超颖表面实现对衍射级次相位分布与偏振的同时调控。
选择对比度满足预设标准要求的图像作为原图，采用全息迭代算法或优化算法将原图生成全息图
将全息图
乘以不同的整数
能够在动量空间得到不同的全息再现像。然后，结合不同衍射级次所需的琼斯矢量，根据公式(3)得到需要编码到正交偏振通道中的复振幅分布Th_x与Th_y。
式中，q代表着所有衍射级次，m为目标衍射级次。Dx表示着光栅周期决定着不同衍射级次的出射方向。[cmx,cmy]T为mth衍射级次中x与y偏振分量的傅里叶系数，决定了不同衍射级次的强度与偏振态。在求取复振幅分布Th_x与Th_y过程中将[cmx,cmy]T视为归一化的琼斯矢量。在得到复振幅分布Th_x与Th_y之后，需进行归一化操作，再通过公式(2)将每个单元对应的琼斯矩阵T拆分成两个酉矩阵T1与T2。根据步骤一中所得到的透射系数txx和tyy的二维扫描结果，即能够确定超颖表面每个单元内纳米柱的长轴长度L以及短轴长度W。在确定纳米柱几何尺寸的过程中，需保证公式(4)所示的误差ε尽量小，使得所选结构尽量满足酉矩阵条件。
因此，利用超像素结构能够将所需的复振幅分布编码于超颖表面之中，所设计的超颖表面能够对出射光束中不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态进行同时调控。
为了获得信噪比较高的全息再现像，作为优选，利用梯度下降优化算法生成全息图。
步骤三：利用步骤二所得介质超颖表面结构的加工文件，制备透射型介质超颖表面。通过超颖表面对出射光束正交偏振通道上的复振幅分布进行任意调控，实现对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的同时调控。
为了保证所加工的超颖表面每个单元内纳米柱的尺寸与预设相符，作为优选，通过电子束刻蚀的微纳加工方法，制备透射型介质超颖表面。
还包括步骤四：根据步骤一至步骤三，通过调控出射光束正交偏振通道的复振幅分布，实现对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的任意调控，应用于光束整形、偏振成像以及多功能光学系统当中，解决相关工程技术问题。
在光束整形领域，可与达曼光栅原理相结合，实现各个衍射级次偏振可控的贝塞尔、艾利光束阵列的产生。在偏振成像应用中，能够有效减小传统偏振成像系统的体积与重量，利用体积小、重量轻的超颖表面实现偏振成像功能。同时，本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，不同衍射级次上能够实现全息成像、光束聚焦、涡旋光束的产生功能。为实现多功能光学系统提供新方案。
有益效果：
1、本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，将全息图结合不同衍射级次所需的琼斯矢量计算需要编码的复振幅分布。根据需要编码的复振幅分布，确定纳米柱单元的几何尺寸，从而生成相应超颖表面结构的加工文件。通过将复振幅分布编码于超颖表面之中，利用超颖表面实现对衍射级次相位分布与偏振的同时调控。
2、本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，由于琼斯矢量[cmx,cmy]T能够进行任意选取，使得本发明能够实现对不同衍射级次上的偏振态进行任意的调控，不限于线偏振态。
3、本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，不同衍射级次可携带独立的相位分布。
4、本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，通过对纳米柱的组成材料进行合理的选择以及纳米柱结构尺寸的优化设计，可将该方法应用于可见光、近红外和微波波段。
5、现用对出射光束衍射级次的调控方法中仅能实现对各个级次相位分布或者偏振态的单一调控，本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，通过超颖表面对出射光束正交偏振通道上的复振幅分布进行任意调控，实现对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的同时操控。本发明应用于光束整形、偏振成像以及多功能光学系统，解决相关工程技术问题。
6、本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，将双相位编码方式应用于超颖表面的设计过程当中，通过矩阵拆分能够利用超颖表面实现对出射光束正交偏振通道上的复振幅分布进行任意调控。
附图说明
图1是本发明的一种基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振态的同时调控方法流程图；
图2是本发明实施例中基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振态的同时调控方法的示意图；
图3是本发明实施例中不同尺寸纳米柱透射系数的二维扫描结果；
其中：(a)—矩形纳米柱结构示意图、(b)—透射系数txx振幅扫描结果、(c)—透射系数tyy振幅扫描结果、(d)—透射系数txx相位扫描结果、(e)—透射系数tyy相位扫描结果；
图4是本发明实施例中计算全息图所用的梯度下降优化算法的流程图；
图5是本发明实施例中实验所用的光路图；
其中：1—线偏振片LP1、2—半波片HWP、3—介质超颖表面、4—显微物镜、5—线偏振片LP2、6—透镜、7—CCD；
图6是本发明实施例1中在不同衍射级次上再现不同偏振态的全息图像的仿真与实验结果。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明加以详细说明。同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，本实施例公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振态的同时调控方法，具体实现方法如下：
步骤一：用于实现不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态同时调控的超颖表面由具有矩形横截面的不同尺寸、相同方位角的介质纳米柱阵列构成。将双相位编码方式引入超颖表面的设计过程中，通过超像素结构实现对出射光束正交偏振通道的复振幅分布进行任意操控。所述的几何尺寸包括纳米柱的长轴长度L、短轴长度W、高度H以及超颖表面单元的周期长度P。
所设计的介质超颖表面由不同尺寸、相同方位角的二氧化钛纳米柱构成。工作波长为532nm。在纳米柱高度H和周期P固定不变的情况下，利用基于严格耦合波分析的方法(RCWA)，对纳米柱的几何尺寸进行二维扫描(L:60nm～260nm,W:60nm～260nm)，得到不同尺寸纳米柱所对应的透射系数txx和tyy。仿真时二氧化钛纳米柱与熔融石英基底折射率分别设置为nTiO2＝2.44488和nsub＝1.5。当x方向线偏振光通过不同尺寸的纳米柱后，由仿真所得电场数据可计算出透射系数txx的幅值abs(txx)与相位
同理，将入射光的偏振方向变为y方向，得到对应的透射系数tyy的幅值abs(tyy)与相位
仿真时应对入射光的波长、构成纳米柱的材料种类、纳米柱高度H和周期P进行合理的选择，使透射系数的相位
和
能够覆盖0～2π。同时，透射系数的幅值abs(txx)和abs(tyy)应尽量接近于1，使得超颖表面每个单元的琼斯矩阵T满足酉矩阵条件。
最终确定纳米柱高度H为600nm，周期P为350nm，长轴长度L和短轴长度W均在60nm～260nm范围内。利用由2×2个纳米柱所组成的超像素结构，能够实现对出射光束正交偏振通道的复振幅分布进行任意操控。
步骤二：选择对比度满足预设标准要求的图像作为原图，采用全息迭代算法或优化算法生成全息图。将全息图乘以不同的整数，能够在动量空间得到不同的全息再现像。结合不同衍射级次所需的琼斯矢量计算需要编码的复振幅分布。根据需要编码的复振幅分布，确定纳米柱单元的几何尺寸，从而生成相应超颖表面结构的加工文件。通过将复振幅分布编码于超颖表面之中，利用超颖表面实现对衍射级次相位分布与偏振的同时调控。
图2是本发明实施例中基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振态的同时调控方法的示意图；
选择数字1、2、3、4作为不同衍射级次上的全息再现像。图2中紫色箭头与红色箭头代表着入射光束和不同衍射级次上全息再现像的偏振态信息。当45°线偏振光照射到超颖表面时，出射光束中存在着4个衍射级次m＝-2、-1、+1、+2。由于不同衍射级次携带着不同的相位分布
这使得在动量空间能够再现不同的全息图像。同时，本发明所提出的方法能够对各个衍射级次的偏振态进行任意操控。为了便于实验验证，本实施例中各个衍射级次的偏振态为不同偏振方向(0°、30°、60°、90°)的线偏振光。在实验过程中，可通过旋转检偏器进行验证。
图4为本发明实施例中计算全息图所用的梯度下降优化算法的流程图。首先，初始化全息面，将全息图的相位设置为随机相位，振幅设置为均匀分布。全息面到物平面的传播过程通过傅里叶变换进行计算。采用均方根误差方法对全息再现像与原图之间的差异进行评估。通过计算总误差
对相位分布
的梯度
从而在每次迭代过程中对相位分布
进行更新。利用梯度下降优化的方式，在进行充分的迭代之后能够找到相位分布
使得总误差et较小。同时，利用相位分布
能够以较高的质量分别再现四副独立的图像。
利用全息图
结合不同衍射级次所需的琼斯矢量([1,0]T,[cos(π/3),sin(π/3)]T,[cos(2π/3),sin(2π/3)]T and[0,1]T)计算得到相应的复振幅分布Th_x与Th_y。在得到复振幅分布Th_x与Th_y之后，通过公式(2)可将每个单元对应的琼斯矩阵T拆分成两个酉矩阵T1与T2。根据步骤一中仿真所得到的透射系数txx和tyy的二维扫描结果，即可确定超颖表面每个单元内纳米柱的几何尺寸。从而生成相应介质超颖表面结构的加工文件。
步骤三：利用步骤二所得介质超颖表面结构的加工文件，制备透射型介质超颖表面。通过超颖表面对出射光束正交偏振通道上的复振幅分布进行任意调控，实现对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的同时调控。
图5是本发明实施例中实验所用的光路图。通过旋转偏振片LP1和半波片HWP使得45°线偏振光照射到超颖表面上。利用显微物镜接收超颖表面的出射光束，并对其进行适当的放大。在显微物镜后方放置一个透镜，将CCD移动到该透镜的后焦面处即可观察到不同衍射级次上的全息图像。
图6为本发明实施例中仿真与实验时在不同衍射级次上得到的全息再现图像。
当45°线偏振光照射到所设计的超颖表面时，出射光束正交偏振通道上的复振幅分布能够被任意调控。将双相位编码方式引入超颖表面的设计过程中，所需的复振幅分布Th_x与Th_y能够编码于超颖表面之中。因此，出射光束中存在着多个不同的衍射级次，且衍射级次的数目与理论结果相符m＝-2、-1、+1、+2。在不利用检偏器LP2的情况下，实验中能够同时观察到四个衍射级次上的全息再现像。同时，每个再现像的周围都存在着一个亮点，此现象表明所得再现像都是由不同衍射级次上所携带的不同相位分布所引起的。随后，将检偏器LP2放置在样品后方。当LP2的透光轴依次旋转到90°，120°，150°以及180°时，能够观察到不同级次上的全息再现像依次消光的现象。因此，表明实验中不同衍射级次上再现像的偏振态信息与预期相符。
本实施例公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，通过操控出射光束正交偏振通道的复振幅分布，能够实现对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的任意调控功能，应用于光束整形、偏振成像以及多功能光学系统当中，解决相关工程技术问题。在光束整形领域，可与达曼光栅原理相结合，实现各个衍射级次偏振可控的贝塞尔、艾利光束阵列的产生。在偏振成像应用中，能够有效减小传统偏振成像系统的体积与重量，利用体积小、重量轻的超颖表面实现偏振成像功能。同时，本发明公开的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，不同衍射级次上能够实现全息成像、光束聚焦、涡旋光束的产生的功能。为实现多功能光学系统提供新方案。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，其特征在于：基于超颖表面实现对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的同时调控，包括如下步骤，
步骤一：用于实现不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态同时调控的超颖表面，由具有矩形横截面的不同尺寸、相同方位角的介质纳米柱阵列构成；将双相位编码方式引入超颖表面的设计过程中，通过超像素结构实现对出射光束正交偏振通道的复振幅分布进行任意调控；所述的几何尺寸包括纳米柱的长轴长度L、短轴长度W、高度H以及超颖表面单元的周期长度P；
步骤二：选择对比度满足预设标准要求的图像作为原图，采用全息迭代算法或优化算法生成全息图；将全息图乘以不同的整数，能够在动量空间得到不同的全息再现像；结合不同衍射级次所需的琼斯矢量计算需要编码的复振幅分布；根据需要编码的复振幅分布，确定纳米柱单元的几何尺寸，从而生成相应超颖表面结构的加工文件；通过将复振幅分布编码于超颖表面之中，利用超颖表面实现对衍射级次相位分布与偏振的同时调控；
步骤三：利用步骤二所得介质超颖表面结构的加工文件，制备透射型介质超颖表面；通过超颖表面对出射光束正交偏振通道上的复振幅分布进行任意调控，实现对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的同时调控。
2.如权利要求1所述的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，其特征在于：还包括步骤四，根据步骤一至步骤三，通过调控出射光束正交偏振通道的复振幅分布，实现对不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态的任意调控，应用于光束整形、偏振成像以及多功能光学系统当中，解决相关工程技术问题。
3.如权利要求2所述的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，其特征在于：在光束整形领域，与达曼光栅原理相结合，实现各个衍射级次偏振可控的贝塞尔、艾利光束阵列的产生；在偏振成像应用中，能够有效减小传统偏振成像系统的体积与重量，利用体积小、重量轻的超颖表面实现偏振成像功能；同时，所述基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，不同衍射级次上能够实现全息成像、光束聚焦、涡旋光束的产生功能。
4.如权利要求1、2或3所述的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，其特征在于：步骤一实现方法为，
用于实现不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态同时调控的超颖表面，由具有矩形横截面的不同尺寸、相同方位角的介质纳米柱阵列构成；利用琼斯矩阵方法能够将超颖表面每个单元所对应的出射与入射光束的琼斯矢量联系在一起；
出射光束的琼斯矢量Eout由公式(1)计算得：
其中tij(i＝x或y)为透射系数，j和i分别表示着入射光束和出射光束的偏振方向；对于任意一个非对角元为0的琼斯矩阵，根据双相位编码方式，按公式(2)将其拆分成两个酉矩阵T1与T2之合的形式：
酉矩阵T1与T2中的相位项表示为
与
(ii＝xx或yy)；当超颖表面单元内的介质纳米柱的透射率较高时，该单元所对应的琼斯矩阵T可视为一个对称的酉矩阵；正交偏振通道上的任意复振幅分布均按照上述双相位编码方式编码到介质超颖表面当中；
在纳米柱高度H和周期P固定的情况下，利用仿真软件对纳米柱的长轴长度L和短轴长度W进行二维扫描，得到不同尺寸纳米柱所对应的透射系数的txx和tyy；仿真时应对入射光的波长、构成纳米柱的材料种类、纳米柱高度H和周期P进行合理的选择，使透射系数的相位
和
能够覆盖0～2π；同时，透射系数的幅值abs(txx)和abs(tyy)应尽量接近于1，使得超颖表面每个单元的琼斯矩阵T满足酉矩阵条件。
5.如权利要求4所述的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，其特征在于：步骤二实现方法为，
选择对比度满足预设标准要求的图像作为原图，采用全息迭代算法或优化算法将原图生成全息图
将全息图
乘以不同的整数
能够在动量空间得到不同的全息再现像；然后，结合不同衍射级次所需的琼斯矢量，根据公式(3)得到需要编码到正交偏振通道中的复振幅分布Th_x与Th_y；
式中，q代表着所有衍射级次，m为目标衍射级次；Dx表示着光栅周期决定着不同衍射级次的出射方向；[cmx,cmy]T为mth衍射级次中x与y偏振分量的傅里叶系数，决定了不同衍射级次的强度与偏振态；在求取复振幅分布Th_x与Th_y过程中将[cmx,cmy]T视为归一化的琼斯矢量；在得到复振幅分布Th_x与Th_y之后，需进行归一化操作，再通过公式(2)将每个单元对应的琼斯矩阵T拆分成两个酉矩阵T1与T2；根据步骤一中所得到的透射系数txx和tyy的二维扫描结果，即能够确定超颖表面每个单元内纳米柱的长轴长度L以及短轴长度W；在确定纳米柱几何尺寸的过程中，需保证公式(4)所示的误差ε尽量小，使得所选结构尽量满足酉矩阵条件；
因此，利用超像素结构能够将所需的复振幅分布编码于超颖表面之中，所设计的超颖表面能够对出射光束中不同衍射级次所携带的相位分布与偏振态进行同时调控。
6.如权利要求5所述的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，其特征在于：为了获得信噪比较高的全息再现像，利用梯度下降优化算法生成全息图。
7.如权利要求5所述的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，其特征在于：步骤一所述仿真软件采用基于严格耦合波分析方法的RCWA、基于时域有限差分方法的FDTD或基于有限元方法的COMSOL。
8.如权利要求5所述的基于超颖表面对衍射级次相位分布与偏振的同时调控方法，其特征在于：为了保证所加工的超颖表面每个单元内纳米柱的尺寸与预设相符，通过电子束刻蚀的微纳加工方法，制备透射型介质超颖表面。
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