1.基于超表面的椭圆艾里涡旋光束产生器,其特征在于:包括二氧化硅衬底,衬底上设置有多个纳米柱,纳米柱呈矩阵式分布,所述的纳米柱的长度为Wx,所述的纳米柱的宽度为Wy,纳米柱的旋转角度为α;所述的矩形纳米柱长度设为Wx=0.24μm,纳米柱的宽度Wy从0.34μm到0.43μm,且纳米柱的旋转角度α为0°到180°。
2.根据权利要求1所述的基于超表面的椭圆艾里涡旋光束产生器,其特征在于:所述纳米柱的结构为长方体结构,纳米柱的晶格常数为P=0.7μm,纳米柱的高度为H=0.8μm。
3.根据权利要求1所述的基于超表面的椭圆艾里涡旋光束产生器,其特征在于:所述衬底由多个衬底单元构成,每个衬底单元均为横截面为正方形的柱状结构。
4.根据权利要求1‑3所述的基于超表面的椭圆艾里涡旋光束产生器,其特征在于:对椭圆艾里涡旋光束的初始光场进行采样,确定振幅和相位,在纳米柱的宽度Wy从0.34μm到
0.43μm变化时,且纳米柱的旋转角度α为0°到180°变化时,纳米柱得到0‑1的振幅分布图以及0‑2pi的相位分布图;再从振幅分布图和相位分布图得到任意振幅和相位所对应的纳米柱的相应Wy和α值。
5.根据权利要求1所述的基于超表面的椭圆艾里涡旋光束产生器的光束产生方法,其特征在于:将光束产生器在圆偏振光的垂直入射下,生成椭圆艾里涡旋光束,通过控制纳米柱的几何尺寸和旋转角度来改变透射光场的极化转换率和透射率。
6.根据权利要求5所述的基于超表面的椭圆艾里涡旋光束产生方法,其特征在于:在椭圆艾里涡旋光束的自聚焦平面上,椭圆艾里涡旋光束的聚焦图案由原来的环形分裂成|m|+
1个倾斜亮斑,且倾斜方向与拓扑荷数符号相关。
7.根据权利要求5或6任一项所述的基于超表面的椭圆艾里涡旋光束产生方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:设计单个纳米柱的超原子结构:扫描纳米柱的原子的几何参数,确定纳米柱的长度Wx,使得T0=Te=1,其中T0为光沿寻常光轴的透射率,Te为光沿非寻常光轴的透射率,此时超原子对光的转换效率可以被认为是振幅,即 其中n为转换效率,等效于振幅,k0是自由空间中的波矢量,d是光传播的距离,no是寻常折射率,ne是非寻常折射率,在纳米柱的长度Wx不变的前提下,改变纳米柱的几何形状,根据纳米柱的转换效率随着纳米柱的宽度Wy变化时的变化趋势,确定Wy的取值范围,引入纳米柱的旋转角度α,在纳米柱的宽度Wy在取值范围内变化的同时,改变纳米柱的旋转角度α,得出纳米柱的振幅对应的变化值;
S2:复现椭圆艾里涡旋光束的初始光场,即将搭建好的单个的纳米柱在衬底上排布成超表面阵列,定义初始光场的电场分布为其中Ai为艾里函数,w为椭圆艾
里光束的尺度因子,α代表衰减因子,r0为参数,该参数和椭圆艾里光束初始平面主环的大小有关,m代表点涡旋的拓扑荷数,θ=arctan(y/x)代表场点(x,y)的角坐标,并且0<t<1;
S3:产生并调控椭圆艾里涡旋光束:将初始光场照射在相位型超表面或者复振幅型超表面上调控并产生光束,其中,相位型超表面即只调控初始光场的相位,复振幅型超表面即同时调控初始光场的相位和振幅;
S4:对比与分析:分析S3中产生的两种光束的光强分布是否符合复杂椭圆光束艾里涡旋光束的光强分布,对比S3中产生的两种复杂光束的光束仿真结果焦点与理论焦点位置的差异程度。
8.根据权利要求7所述的一种基于超表面微结构的椭圆艾里涡旋光束的产生方法,其特征在于:所述S3中的相位型超表面的相位分布满足 其中是随机选择的参考相位。
9.根据权利要求7所述的一种基于超表面微结构的椭圆艾里涡旋光束的产生方法,其特征在于:所述S4中的理论焦点位置的公式为 其中Zf是焦点位置,k是波矢量,w是椭圆艾里光束的尺度因子,c是光速。