【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳光学及超表面，尤其涉及基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法及系统。
技术介绍
1、超表面通常由超原子中的柱状纳米天线作为基本像素单元。不同结构的超原子具有不同的相位调制，将其按像素排列，可以生成超光栅、超透镜、全息图等不同功能的超表面。相比传统光学元件，超表面可以实现亚波长量级的光场操控，且具有更高的设计自由度。
2、目前，偏振相关的超表面技术也日渐成熟，能够支持超原子实现多种功能的偏振调控。由此，可以利用超表面同时对光的偏振自由度和相位进行操控，以实现偏振分束器、偏振分析仪、多通道全息图等功能。
3、然而，在偏振相关的应用中，所需的超原子光场响应仍然无法覆盖任意琼斯矩阵，该要求远高于覆盖任意相位。其中，常用的圆柱超原子完全不具备偏振相关性，而矩形柱超原子也只能实现对称酉琼斯矩阵。
技术实现思路
1、本专利技术提供基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法及系统，用以解决现有技术中无法对琼斯矩阵为非酉矩阵的超表面进行设计的缺陷。
2、本专利技术提供一种基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，包括：
3、获取待设计超表面；
4、基于所述待设计超表面的尺寸信息和预设超像素的尺寸信息，将所述待设计超表面划分为若干所述预设超像素，所述预设超像素为由预设数量的预选矩形柱超原子排列成的结构；
5、基于目标琼斯矩阵和所述预设超像素的琼斯矩阵计算函数，确定组成所述待设计超表面的各所述预设超像素的所述预选矩形柱超原子的
6、根据本专利技术所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，所述基于所述待设计超表面的尺寸信息和预设超像素的尺寸信息，将所述待设计超表面划分为若干所述预设超像素前，还包括：
7、基于所述待设计超表面的尺寸信息，选取若干满足预设尺寸条件的矩形柱超原子，所述预设尺寸条件包括：各所述矩形柱超原子的高度相同，对角线长度小于所述矩形柱超原子在所述待设计超表面上的排列间距，以及宽度和长度满足所述待设计超表面的工艺要求；
8、分别仿真各所述矩形柱超原子的水平和垂直偏振响应，得到各所述矩形柱超原子的两个对角元；
9、基于所述对角元，筛选出水平和垂直透过率之和大于预设透过率阈值，且水平方向和垂直方向的偏振响应的差值大于预设偏振差阈值的矩形柱超原子；
10、将筛选出的所述矩形柱超原子作为所述预选矩形柱超原子。
11、根据本专利技术所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，基于时域有限差分法，分别仿真各所述矩形柱超原子的水平和垂直偏振响应。
12、根据本专利技术所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，所述设计参数包括：水平偏振响应、垂直偏振响应和旋转角度。
13、本专利技术还提供一种基于矩形柱超原子组合的超表面设计系统，包括：
14、获取模块，用于获取待设计超表面；
15、分解模块，用于基于所述待设计超表面的尺寸信息和预设超像素的尺寸信息，将所述待设计超表面划分为若干所述预设超像素，所述预设超像素为由预设数量的预选矩形柱超原子排列成的结构；
16、设计模块，用于基于目标琼斯矩阵和所述预设超像素的琼斯矩阵计算函数，确定组成所述待设计超表面的各所述预设超像素的所述预选矩形柱超原子的设计参数，所述目标琼斯矩阵为基于所述待设计超表面的功能需求确定的与各所述预设超像素对应的所述待设计超表面的不同位置处的琼斯矩阵，所述琼斯矩阵计算函数为对组成所述预设超像素的各所述预选矩形柱超原子的琼斯矩阵取平均的计算公式。
17、根据本专利技术所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计系统，还包括：筛选模块；
18、所述筛选模块，用于基于所述待设计超表面的尺寸信息，选取若干满足预设尺寸条件的矩形柱超原子，所述预设尺寸条件包括：各所述矩形柱超原子的高度相同，对角线长度小于所述矩形柱超原子在所述待设计超表面上的排列间距，以及宽度和长度满足所述待设计超表面的工艺要求；分别仿真各所述矩形柱超原子的水平和垂直偏振响应，得到各所述矩形柱超原子的两个对角元；基于所述对角元，筛选出水平和垂直透过率之和大于预设透过率阈值，且水平方向和垂直方向的偏振响应的差值大于预设偏振差阈值的矩形柱超原子；将筛选出的所述矩形柱超原子作为所述预选矩形柱超原子。
19、根据本专利技术所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计系统，所述筛选模块具体用于：基于时域有限差分法，分别仿真各所述矩形柱超原子的水平和垂直偏振响应。
20、根据本专利技术所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计系统，所述设计参数包括：水平偏振响应、垂直偏振响应和旋转角度。
21、本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法。
22、本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法。
23、本专利技术提供的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法及系统，通过在获取待设计超表面后，基于待设计超表面的尺寸信息和由预设数量的预选矩形柱超原子排列成的预设超像素的尺寸信息，将待设计超表面划分为若干预设超像素，实现通过基于待设计超表面的功能需求确定的与各预设超像素对应的待设计超表面的不同位置处的目标琼斯矩阵和预设超像素的琼斯矩阵计算函数，确定组成待设计超表面的各预设超像素的预选矩形柱超原子的设计参数，其中，琼斯矩阵计算函数为对组成预设超像素的各预选矩形柱超原子的琼斯矩阵取平均的计算公式。从而通过将预选矩形柱超原子近邻组合成超像素的超表面设计方式，实现了对任意对称琼斯矩阵的超表面的设计，即获得了更高的设计自由度。
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1.一种基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，其特征在于，所述基于所述待设计超表面的尺寸信息和预设超像素的尺寸信息，将所述待设计超表面划分为若干所述预设超像素前，还包括：
3.根据权利要求2所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，其特征在于，基于时域有限差分法，分别仿真各所述矩形柱超原子的水平和垂直偏振响应。
4.根据权利要求2所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，其特征在于，所述设计参数包括：水平偏振响应、垂直偏振响应和旋转角度。
5.一种基于矩形柱超原子组合的超表面设计系统，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计系统，其特征在于，还包括：筛选模块；
7.根据权利要求6所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，其特征在于，所述筛选模块具体用于：基于时域有限差分法，分别仿真各所述矩形柱超原子的水平和垂直偏振响应。
8.根据权利要求6所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，其特征在于，所述基于所述待设计超表面的尺寸信息和预设超像素的尺寸信息，将所述待设计超表面划分为若干所述预设超像素前，还包括：
3.根据权利要求2所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，其特征在于，基于时域有限差分法，分别仿真各所述矩形柱超原子的水平和垂直偏振响应。
4.根据权利要求2所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计方法，其特征在于，所述设计参数包括：水平偏振响应、垂直偏振响应和旋转角度。
5.一种基于矩形柱超原子组合的超表面设计系统，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的基于矩形柱超原子组合的超表面设计系统，其特征在于，还...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，马致遥，廖宇轩，田甜，崔开宇，黄翊东，刘仿，张巍，李永卓，孙皓，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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