【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于液晶可调超表面的热调谐纳米印刷术，具体涉及到在不同外界温度调制的液晶取向下通过光束偏转和纳米印刷功能的超表面垂直级联实现近场的多路显示，可应用于新一代光学加密平台，高安全识别系统和多功能光学设备等中。
技术介绍
1、数字技术的革命性进步渗透到日常生活、档案管理和军事应用等各个方面，数字设备中信息存储的安全性和容量越来越受到人们的广泛关注。鉴于光在偏振、相位和振幅方面具有多重自由度，具有特定解密方法和高容量的光学加密策略已成为主流的解决方案。在先技术中有一种基于光偏振角敏感超表面的防伪图像显示光学系统及方法，中国专利技术专利“双通道彩色编码的防伪图像显示超表面及其设计方法”，专利号：cn202010014612.1。该光学加密方法具有成本低、能够实现动态调制等很多优点，但是，仍然存在一些本质不足：1)入射光偏振依赖于增加额外的旋转起偏器等光学设备，使得设备需要较大的工作尺寸，阻碍了新一代小型化和紧凑型设备的发展；2)由于基于偏振加密的设计程序较为成熟且应用频繁，编码信息很容易被解密，从而降低了加密信息的安全性。因此，通过开发具有动态可调特性的小型集成光学系统，实现高安全、高容量的光学加密和识别技术是社会实际应用中一直追求的目标。在这里，我们提出了一种基于高折射率液晶集成双层超表面的热调谐纳米印刷术，以生成具有增强安全性的双通道纳米印刷图像，应用在光学信息加密领域中。通过将热可切换的光束偏振超表面与另一个角度复用纳米打印超表面级联，所提出的光学系统避免了额外的光学元件来控制入射角，从而实现了超紧凑结构的超表面动
技术实现思路
1、为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术公开了一种基于液晶可调超表面的热调谐纳米印刷术，通过将液晶集成的光束偏转超表面与另一个由二氧化硅间隔层分隔的角复用纳米印刷超表面垂直级联，可以将热复用和角复用的动态调谐特性结合在一个超紧凑和轻量级的光学系统中，而无需额外的光学元件。我们成功地操纵了透射光的波矢量，通过控制超表面周围的温度，使其能够直线透过传播或以10.9°的偏转角度透过传播。此外，基于角度复用超表面，可以生成两个角度依赖的纳米印刷图像，在0°和11°引入新的角度控制自由度。本专利技术可以通过改变温度生成动态纳米印刷图像，以实现一种全新的光学信息加密传输。
2、为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供一种基于液晶可调超表面的热调谐纳米印刷术，步骤如下：
4、构建紧凑的双层超表面结构：该超表面是由三层结构组成，包括位于中间的二氧化硅间隔层以及位于所述间隔层两端由多个阵列排布的矩形纳米柱结构单元构成；所述矩形纳米柱由高折射率单晶硅材料制成；该超表面的功能是通过由两层多个周期性排列的单元结构组成的二维平面级联而实现的；其中，每个独立平面的单元结构具有固定的高度，单元结构沿着长轴和短轴的几何尺寸可被独立选择；
5、光束偏转功能的实现：设计具有光束偏转功能的超表面，使用了由硅纳米柱组成的十二元相位梯度超级单体为一个周期，具体而言，在超表面与光的相互作用中，实现光的高透射并引入相位调制，使得十二个基于惠更斯原理的纳米柱达到2π相位范围的梯度变化，从而实现光束偏转功能；
6、入射角复用纳米印刷功能的实现：设计具有入射角复用纳米印刷功能的超表面，选取了四个具有合适几何尺寸的硅纳米柱，使得它们在两种不同角度入射下，产生不同的共振电场激发，导致每个阵列的振幅响应不同，振幅响应分别为接近于0的低幅度透射光和接近1的高幅度透射光，从而通过不同入射角产生不同的纳米印刷图像；
7、利用时域有限差分法对不同尺度的硅纳米块进行模拟仿真：对沿着长轴和短轴不同尺寸的硅纳米柱进行扫描，得到在x线偏振光入射下不同尺寸硅纳米柱的振幅和相位响应；
8、集成高折射率液晶的热可调谐小型化加密平台：将设计好的超表面与高折射率液晶集成，液晶层可以施加特定的温度对具有光束偏转功能超表面的每个单元结构进行相位补偿，以达到控制光束偏转角度的目的，最终，可以通过调节该器件周围的温度实现动态可调光振幅的小型化光学加密平台。
9、第二方面，一种基于液晶可调超表面的热调谐纳米印刷术，其特征在于：通过单元胞的筛选和特性的耦合，将光束偏转超表面与角复用纳米印刷超表面垂直级联，由介电层分开。将高双折射液晶集成到双层超表面中，级联的光学系统可以实现预编码纳米打印图像的动态热开关，通过调节外部温度可以实现透射光振幅的切换，并应用于光学加密技术。
10、第三方面，本专利技术提供一种如上述方法设计的基于液晶可调超表面的热调谐纳米印刷术，可广泛应用于新一代小型化光学加密平台和防伪技术、多功能光学设备、动态显示等领域。
11、与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：
12、1、由于液晶分子取向的温度可调控性，实现了不同温度下显示不同的纳米印刷图案，这种多路复用策略的动态可调超表面，在新一代光学加密平具有潜在的应用。
13、2、通过将液晶集成的光束偏转超表面角复用纳米印刷超表面垂直级联，可以将热复用和角复用的动态调谐特性结合在一个超紧凑和轻量级的光学系统中，而无需额外的光学元件。
14、3、通过精心设计的纳米结构中，编码信息具有抗重复的鲁棒性，从而可以实现高精度的纳米级图像显示且不易被复制和解密，这对于开发新一代高安全性光学加密设备至关重要。
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1.一种基于液晶可调超表面的热调谐纳米印刷术，其特征在于：包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于液晶可调超表面的热调谐纳...
【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，张世杰，张大伟，杨怡雯，唐之杭，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
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