【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于编码超表面。
技术介绍
1、超表面是一种具有亚波长尺寸的新型人工复合材料，因其在操纵电磁波前(包括幅度、相位、偏振和频率)方面具有出色的调控能力，这使其在微波、太赫兹波到可见光波段领域受到科学界和工程界的广泛关注。凭借独特的二维亚波长结构，超表面全息有效克服了传统全息显示技术体积庞大和效率低下的问题，成为高效的全息成像技术之一。
2、多通道全息成像是超表面全息技术的发展趋势，其可将多幅图像信息集成到单一的超表面中，不仅进一步提升超表面的图像信息容量，还极大地增强了图像的保密性和隐蔽性。目前，在多通道超表面全息成像领域，将打印图像与全息图像结合的新兴技术在大容量存储和系统集成方面显示出前所未有的优势。然而，传统的超表面往往采用复杂的多层设计，这虽然能调节光的相位、幅度甚至波长以融合打印图像与全息图像，但实质上是通过增加了超表面的体积来增加信息容量而未能本质上提高信息密度。这种方法不仅提高了制造的复杂性和成本，还限制了其在紧凑型设备中的应用。针对这一问题，一些研究者提出了基于单介质层的四通道超表面，以用于进行打印成像和全息成像。然而，这种设计仅能实现四个独立的通道，限制了其信息容量，不能满足高度集成电子设备的发展趋势。而且这些已报道的单层多通道超表面大多只能在单一空间中实现四个通道的打印图像和全息图像，造成电磁资源的浪费。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决采用基于单介质层的四通道超表面实现打印成像和全息成像时，仅能实现四个独立的通道，限制了其信息容量，且
2、用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，包括依次层叠设置的顶层金属层、介电层和底层金属层；
3、顶层金属层包括由外到内同心设置的顶层外双开口金属谐振环、顶层外双c形槽谐振器、顶层内双开口金属谐振环和顶层内双c形槽谐振器；
4、底层金属层包括由外到内同心设置的底层外双c形槽谐振器、底层内双开口金属谐振环和底层内双c形槽谐振器。
5、进一步的，上述顶层外双开口金属谐振环包括一号圆环形金属片，一号圆环形金属片上设有镜像对称且位于同一直径上的两个一号裂口；
6、顶层外双c形槽谐振器包括同心设置在一号圆环形金属片内环的二号圆环形金属片，该二号圆环形金属片上开有两条开口相对且镜像对称的一号c形槽，该一号c形槽与二号圆环形金属片的圆心重合；
7、顶层内双开口金属谐振环包括同心设置在二号圆环形金属片内环的三号圆环形金属片，三号圆环形金属片上设有镜像对称且位于同一直径上的两个二号裂口；
8、顶层内双c形槽谐振器为同心设置在三号圆环形金属片内环的一号圆形金属片，该一号圆形金属片上开有两条开口相对且镜像对称的二号c形槽，该二号c形槽与一号圆形金属片的圆心重合。
9、进一步的，上述底层外双c形槽谐振器为正方形金属片，正方形金属片上开有两条三号c形槽和一个圆形孔，两条三号c形槽开口相对且镜像对称，圆形孔位于两条三号c形槽合围形成的圆环内部，两条三号c形槽和圆形孔的圆心均与正方形金属片的中心重合；
10、底层内双开口金属谐振环包括同心设置在圆形孔内部的四号圆环形金属片，该四号圆环形金属片上设有镜像对称且位于同一直径上的两个三号裂口；
11、底层内双c形槽谐振器为包括同心设置在四号圆环形金属片内环的二号圆形金属片，该二号圆形金属片上开有两条开口相对且镜像对称的四号c形槽，该四号c形槽与二号圆形金属片的圆心重合。
12、进一步的，上述一号圆环形金属片的外环半径为5.7mm、环宽为0.3mm，一号裂口宽度为0.5mm；
13、二号圆环形金属片的内外环半径分别为4.1mm和5mm，一号c形槽的外径为4.7mm、槽宽为0.3mm，两个一号c形槽相对端之间的距离为0.5mm；
14、三号圆环形金属片的外环半径为3.7mm、环宽为0.3mm，二号裂口宽度为0.4mm；
15、一号圆形金属片的半径为3mm，二号c形槽的外径为2.7mm、槽宽为0.3mm，两个二号c形槽相对端之间的距离为0.4mm。
16、进一步的，上述编码单元的周期为12mm；
17、介质层为的介电常数为2.2、损耗角正切为0.001、厚度为2mm的f4b基板；
18、顶层金属层和底层金属层均为金属铜且厚度均为0.035mm。
19、上述用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元的排布方法，包括：
20、将四幅打印图像的振幅分布分别预存到四个幅值编码通道中，
21、将四幅打印图像的振幅分布作为gs算法的初始输入强度，利用gs算法计算存储在四个相位编码通道中的四幅目标全息图像的3位相位分布，
22、根据四幅打印图像的振幅分布和目标全息图像的3位相位分布确定全空间八通道超表面单元的排布方式，获得用于打印图像和全息图像的全空间八通道超表面。
23、进一步的，上述排布方法，当左旋圆极化电磁波激励时，在交叉极化分量下，所述用于打印图像和全息图像的全空间八通道超表面能够分别在7ghz和10.7ghz下工作在反射模式，在8.7ghz和15.8ghz下工作在传输模式；在7ghz、8.7ghz、10.7ghz和15.8ghz四个频率处，能够在距离所述全空间八通道超表面8mm处分别实现打印图像“e”、“t”、“m”和“a”的重构。
24、进一步的，上述排布方法，当左旋圆极化电磁波激励时，在交叉极化分量下，所述用于打印图像和全息图像的全空间八通道超表面能够分别在7ghz和10.7ghz下工作在反射模式，在8.7ghz和15.8ghz下工作在传输模式；在7ghz、8.7ghz、10.7ghz和15.8ghz四个频率处，能够在距离所述全空间八通道超表面100mm、120mm、140mm和170mm处分别实现全息图像“o”、“l”、“v”和“e”的重构。
25、本专利技术所述的用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元及其排布方法有益效果如下：
26、通过调控电磁波的多维度(振幅、相位和频率)并利用打印图像和全息图像相结合方案，克服了传统电磁波只能在单一空间实现打印图像和全息图像，以及通道数量少的局限性，最终实现对电磁波的多维度控制。此外，本专利技术解决了目前超表面全息成像技术在信息承载量和可操作空间的不足，有效避免了电磁资源的浪费，并满足了全空间超表面全息成像技术向小型化及多功能化发展的需求，为超高容量的全空间全息存储设备开辟了新的应用前景。
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1.用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，包括依次层叠设置的顶层金属层、介电层和底层金属层，其特征在于；
2.根据权利要求1所述的用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，其特征在于，所述顶层外双开口金属谐振环包括一号圆环形金属片，所述一号圆环形金属片上设有镜像对称且位于同一直径上的两个一号裂口；
3.根据权利要求1或2所述的用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，其特征在于，所述底层外双C形槽谐振器为正方形金属片，所述正方形金属片上开有两条三号C形槽和一个圆形孔，所述两条三号C形槽开口相对且镜像对称，所述圆形孔位于所述两条三号C形槽合围形成的圆环内部，所述两条三号C形槽和圆形孔的圆心均与所述正方形金属片的中心重合；
4.根据权利要求3所述的用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，其特征在于，所述一号圆环形金属片的外环半径为5.7mm、环宽为0.3mm，一号裂口宽度为0.5mm；
5.根据权利要求4所述的用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，其特征在于，所述编码单元的周期为12mm；
...【技术特征摘要】
1.用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，包括依次层叠设置的顶层金属层、介电层和底层金属层，其特征在于；
2.根据权利要求1所述的用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，其特征在于，所述顶层外双开口金属谐振环包括一号圆环形金属片，所述一号圆环形金属片上设有镜像对称且位于同一直径上的两个一号裂口；
3.根据权利要求1或2所述的用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，其特征在于，所述底层外双c形槽谐振器为正方形金属片，所述正方形金属片上开有两条三号c形槽和一个圆形孔，所述两条三号c形槽开口相对且镜像对称，所述圆形孔位于所述两条三号c形槽合围形成的圆环内部，所述两条三号c形槽和圆形孔的圆心均与所述正方形金属片的中心重合；
4.根据权利要求3所述的用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，其特征在于，所述一号圆环形金属片的外环半径为5.7mm、环宽为0.3mm，一号裂口宽度为0.5mm；
5.根据权利要求4所述的用于打印成像和全息成像的全空间八通道超表面单元，其特征在于，所述编码单元的周期为12mm...
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