本发明属于微纳光学、全息显示、偏振光学应用，具体涉及一种基于偏振选择超表面的双向全息调制方法。
背景技术：
1、超表面是将亚波长尺寸器件在二维空间中按照特定规律排布，其波前调控机制并不依赖光的传播过程，利用每个单元结构对入射光场的特殊响应来改变局部光场的振幅和相位，最终在整体上实现对近场与远场的调控。随着研究的不断深入，人们发现通过极化复用、频率复用等方式可以实现调控功能的扩展与叠加，进而形成多功能超表面。但就目前而言，光波传播方向这一固有特性还未得到有效地利用，将方向复用的调控方式融入超表面设计中，可有效提升超表面的调控自由度和信息容量。同时，将全息原理与超表面相结合具有极大的发展潜力，设计中充分利用各种不同的几何形状和材料来组成超表面的基本单元结构，陆续提出如偏振复用全息图、纯反射全息图等。因此，结合多功能超表面以及计算全息原理可以为信息复用提供新的途径。
技术实现思路
1、鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于偏振选择超表面的双向全息调制方法，该方法能够打破光波在传播方向上的空间对称性，在正向和反向传播时表现出不同的波前调控特性，并在满足非对称传输特性的同时进行相位调制。
2、本发明的技术方案如下：
3、一种基于偏振选择超表面的双向全息调制方法，包括如下步骤：
4、1)构建超表面结构单元；所述超表面结构单元包括介质层一、介质层二、及中空石墨烯层，所述介质层二设置于介质层一上，所述中空石墨烯层位于两个介质层之间，所述中空石墨烯层上设有圆盘结构，所述介质层一下表面和所述介质层二上表面分别沉积有非对称双开口金属圆环；
5、2)在选定的工作波长下，通过电磁仿真软件优化步骤1)中超表面结构单元的结构参数，所述结构参数包括：结构单元的工作面边长c；所述非对称双开口金属圆环的两个开口角θ1、θ2，圆环外径r1，圆环内径r2，圆环厚度n1；所述圆盘结构(4)的半径r以及其厚度n2；
6、3)构建超表面阵列；选取三种优化后的超表面结构单元o1、o2、o3，将其旋转90°后可得到另外三种结构单元o4、o5、o6，所述超表面阵列由该六种超表面结构单元排列组成；当二氧化钒处于金属态且从上表面入射左旋圆偏振光时为第一通道，阵列中所有结构单元对入射光场产生反射响应，能够编码出第一幅的二值图像；当二氧化钒处于金属态且从下表面入射右旋圆偏振光时为第二通道，阵列所有结构单元对入射光场产生反射响应，能够编码出第二幅的二值图像；当二氧化钒处于绝缘态且从上表面入射左旋圆偏振光时为第三通道，阵列中由o2、o3、o5、o6四种结构单元组成的部分对入射光场产生反射响应，能够编码出第三幅二值图像；当二氧化钒处于绝缘态且从下表面入射右旋圆偏振光时为第四通道，阵列中由o2、o3、o5、o6四种结构单元组成的部分对入射光场产生反射响应，能够编码出第四幅二值图像；当二氧化钒处于绝缘态时，o1、o4两种结构单元对从上表面入射的左旋圆偏振光以及从下表面入射的右旋圆偏振光均会产生透射响应，但是基于本发明中结构设定，这两种情况下所编码得到的二值图像是相同的，故一并归结为第五通道，所述超表面阵列基于不同光波传播方向和不同偏振传输信道编码出五幅不同的二值图像。
7、进一步地，步骤1)中介质层一和介质层二为透明的二氧化硅层；所述圆盘结构材质为二氧化钒或金；所述非对称双开口金属圆环材质为金。
8、进一步地，步骤3)中o1、o4两种超表面结构单元的圆盘结构材质为二氧化钒，其中o2、o3、o5、o6四种超表面结构单元的圆盘结构材质为金，其它结构参数与o1超表面结构单元保持一致。
9、进一步地，步骤3)中结构设计对不同光波传播方向和不同偏振传输信道具有如下响应：
10、a、当二氧化钒处于金属态且从上表面入射左旋圆偏振光时为第一通道，o1～o6六种超表面结构单元的反射率均达到了“71％”以上；而此时，对于从上表面入射的右旋圆偏振光，o1、o4两种超表面结构单元的反射率则会被抑制到在“12.9％”，o2、o3、o5、o6四种超表面结构单元的反射率被抑制到在“19.7％”；
11、b、当二氧化钒处于金属态且从下表面入射右旋圆偏振光时为第二通道，o1～o6六种超表面结构单元的反射率均达到了“70％”以上；而此时，对于从下表面入射的左旋圆偏振光，o1、o4两种超表面结构单元的反射率会被抑制到“12.7％”，o2、o3、o5、o6四种超表面结构单元的反射率则抑制在“19.7％”；
12、c、当二氧化钒处于绝缘态且从上表面入射左旋圆偏振光时为第三通道，阵列中o2、o3、o5、o6四种超表面结构单元组成的部分仍保持强烈的反射响应，反射率达到了“83％”以上，o1、o4超表面两种结构单元的反射率则被抑制在“39％”以下；而此时，对于上表面入射的右旋圆偏振光，o1～o6六种超表面结构单元的反射率均抑制在“20％”以下；
13、d、当二氧化钒处于绝缘态且从下表面入射右旋圆偏振光时为第四通道，阵列中o2、o3、o5、o6四种超表面结构单元组成的部分仍保持强烈的反射响应，反射率达到了“83％”以上，o1、o4两种超表面结构单元的反射率则被抑制在“39％”以下；而此时，对于下表面入射的左旋圆偏振光，o1～o6六种超表面结构单元的反射率均抑制在“20％”以下；
14、e、当二氧化钒处于绝缘态时，阵列中o1、o4两种超表面结构单元对从上表面入射的左旋圆偏振光以及从下表面入射的右旋圆偏振光均会产生透射响应，两种条件下o1、o4两种超表面结构单元的透射率均可达到了在“35％”以上，而o2、o3、o5、o6四种超表面结构单元则均不会产生透射响应。
15、通过合理的排布结构单元，能够在一片超表面上同时实现对五幅图像的编码。
16、与现有技术存在的问题，本发明的有益效果如下：
17、1)采用本发明的技术方案，三种超表面结构单元o1、o2、o3与其旋转90°后得到的另外三种结构单元o4、o5、o6，则会相对应存在相位差π，通过调整超表面结构单元的转角能够以π的相位梯度进行全相位调制，根据全息图的相位分布，逐一确定所有结构单元的转角，即能在超表面阵列表面上同时实现对五幅图像的编码，全息图的再现图像只能在特定的偏振和传输方向对应的加密通道中观察到；
18、2)本发明基于计算全息原理和具有偏振选择性的结构在同一个超表面上实现了两个光波传输方向上的多通道全息显示；
19、3)本发明中在不同的光波传输方向和不同的偏振状态下进行编码，并引入二氧化钒材料实现对透射功能的开关调制，增强通道信息安全性和多样性；
20、4)本发明的方法设计巧妙，超表面结构单元设计简单，加工难度小，由超表面结构单元构成的超表面阵列体积小、可高度集成，适应于未来小型化、微型化的发展。
21、本发明的工作原理：
22、本发明将超表面全息术和非互易性光传播的概念结合，基于计算全息原理利用相位恢复算法优化，将目标图像计算生成所对应的全息图，由非对称双开口金属圆环的转角实现相位调制，根据全息图的相位分布，逐一确定所有结构单元中非对称双开口金属圆环的转角，即能够将全息图的相位信息编码于所述多层超表面；偏振通道的选择性则建立在非对称双开口金属圆环的结构基础之上。最终使全息图的再现图像只能在特定的偏振和传输方向对应的加密通道中观察到
1.一种基于偏振选择超表面的双向全息调制方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于偏振选择超表面的双向全息调制方法，其特征在于步骤1)中介质层一(1)和介质层二(2)为透明的二氧化硅层；所述圆盘结构(4)材质为二氧化钒或金；所述非对称双开口金属圆环(5)材质为金。
3.根据权利要求1所述的一种基于偏振选择超表面的双向全息调制方法，其特征在于步骤3)中o1、o4两种超表面结构单元的圆盘结构(4)材质为二氧化钒，其中o2、o3、o5、o6四种超表面结构单元的圆盘结构(4)材质为金，其它结构参数与o1超表面结构单元保持一致。
4.根据权利要求1所述的一种基于偏振选择超表面的双向全息调制方法，其特征在于步骤3)中结构设计对不同光波传播方向和不同偏振传输信道具有如下响应：
