【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳光学、计量，更具体地说，是涉及一种基于超构表面的高阶庞加莱球光束偏振测定方法。
技术介绍
1、作为电磁波的基本特性之一，偏振描述了电磁波电场振荡的矢量性质，决定着电磁波与物质的相互作用，在通讯、传感、成像及显微等诸多领域具有重要应用。传统的偏振测定方法中通常利用光学元件的组合(比如偏振片、分束器、q-片、和叉形光栅等)测量不同正交偏振态下的能量强度，通过反演计算实现光学奇点以及斯托克斯参数的精确测定。然而，传统的偏振态测定方法引入了一系列的光学元件，这也会导致庞大的测试系统和复杂的测量过程，不符合光子器件小型化和集成化趋势。超构表面能在亚波长尺寸内实现对入射光各自由度(振幅、相位、偏振等)的高效调控，它的出现为光子器件的小型化和集成化提供重大契机。与传统的偏振测定方法相比，超构表面偏振测定技术具有平面化、易于集成和测定简单的特点，已成为现代偏振测定重要手段之一。
2、现有的超表面偏振技术绝大多数致力于实现庞加莱球上标量光束偏振态的解析和高阶庞加莱球上光束光学奇点的解析。同时，这些偏振解析器件由多种特定结构(每种结构对特定偏振态响应)分区或者交错排布而成，该策略会极大地降低器件的空间分辨率。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于超构表面的高阶庞加莱球光束偏振测定方法，得到的超构表面偏振测定仪器具有高空间分辨率、超薄的厚度，单次测定就可以完全解析入射光的偏振态，简易且符合光子器件集成化需求。
2、为解决上述技术问题，本专
3、一种基于超构表面的高阶庞加莱球光束偏振测定方法，包括以下步骤：
4、步骤一、利用具有不同几何尺寸且横截面为椭圆形的介质椭圆柱阵列组成超构表面结构，根据对入射高阶庞加莱球光束的调制作用解析获得超构表面结构的相位分布，所述超构表面结构的相位由左右旋复用的角透镜和涡旋聚焦透镜组合而成，所述超构表面结构最终的相位分布，如下式所示：
5、
6、
7、和分别表示右旋和左旋分量的相位分布；l0表示二次相位系数；a表示超构表面结构平面的方位角；e表示以e为底的指数，i表示复数单位，表示透镜相位；λ表示工作波长；f表示超透镜的焦距；l表示涡旋场的拓扑荷；x和y分别表示透镜平面的坐标值。
8、每个所述介质椭圆柱的传输特性可用琼斯矩阵表示，所述琼斯矩阵可以表征入射光场和出射光场之间的映射关系，如下式所示：
9、
10、和分别表示沿介质椭圆柱长轴和短轴方向的传输相位；r表示取向为θ的旋转矩阵；圆偏振基下具有独立相位调制的超构表面结构同时满足公式
11、得到所述圆偏振基下具有独立相位调制；将所述超构表面结构的相位分解为圆偏振基下的相位调制；
12、步骤二、借助时域有限差分数值计算方法结合周期性边界条件扫描不同几何尺寸的介质椭圆柱的透射特征，得到介质椭圆柱的尺寸变化的透过率图、传输相位图和偏振转化率图；
13、步骤三、依据超构表面结构的相位分布来排布每个介质椭圆柱，进而构成超构表面结构；生成加工版图文件，并利用微纳加工手段进行器件制备，得到超构表面结构实物；
14、步骤四、将超构表面结构实物置于搭建的测试光路中，通过控制线偏振片、四分之一波片以及涡旋波片之间的夹角获得高阶庞加莱球上任意的偏振光束，通过对准产生的高阶庞加莱球光束的光轴和超构表面结构的中心，在距离超构表面结构实物特定位置的成像面上可得到特定的光场分布图案；通过分析产生的光场分布图案获得入射光束的光学奇点(m和n)、偏振度角(χ)和偏振方位角(ψ)，最终测定的偏振态表示为|m,n,ψ,χ>。
15、优选地，可将获得的偏振态以时钟的形式表征出来，以四个指针分别表示偏振态的四个参量m,n,ψ,χ，得到一种可读数式的超构表面偏振测定仪器。
16、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
17、1、本专利技术采用基于非交错排列的超构表面结构设计的高阶庞加莱球光束偏振测定方法，将入射的高阶庞加莱球光束转化为横截面上特定的光场分布图案，通过分析特定图案的形状、位置特性，解析入射高阶庞加莱球光束的光学奇点(m和n)、偏振方位角(ψ)和椭偏度角(χ)，从而得到超构表面偏振测定仪器。与传统的偏振解析器件相比，一方面可以克服现有器件空间分辨率低的缺陷。另一方面，通过单次测量就可以实现高阶庞加莱球光束偏振态的测定，且具有小型化的尺寸、高测量精度和直接读数的优势，具有广阔的应用前景，在集成化的偏振成像、遥感、通讯等领域具有特别深远的意义。
18、2、本专利技术利用超构表面光场调控特性，基于单元结构尺寸小于工作波长的亚波长结构单次测量实现入射高阶庞加莱球光束偏振态的精确测定；取代了传统的偏振测量装置(多个光学元件级联)和复杂的测量过程(旋转偏振片多次测量)。
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1.一种基于超构表面的高阶庞加莱球光束偏振测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于超构表面的高阶庞加莱球光束偏振测定方法，其特征在于，将获得的偏振态以时钟的形式表征出来，以四个指针分别表示偏振态的四个参量m,n,ψ,χ，得到一种可读数式的超构表面偏振测定仪器。
【技术特征摘要】
1.一种基于超构表面的高阶庞加莱球光束偏振测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于超构表面的高阶庞加莱球光束偏...
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