本发明属于超表面的，尤其涉及一种针对任意偏振光的光束偏折器。
背景技术：
1、电磁波调控技术是物理领域的重要研究热点之一，在通讯、信息存储、显示等领域具有广泛的应用前景。传统的电磁波调控器件存在着效率低、体积大、难集成等问题。微纳米加工技术的日益成熟为光学元件的微型化、集成化提供了良好的契机。因此，超材料这类由亚波长单元组成的人工复合结构被提出，为电磁波调控提供了一种全新的、有效的途径。与三维超材料相比，超表面作为一种二维形式的平面超材料，具有设计灵活、工艺成熟、尺寸小、易于集成等优势。超表面通过与电磁波相互作用，可对电磁波的多个光学参数进行调制，比如振幅、偏振、相位、波长等。
2、光束偏折作为超表面的重要应用之一，得到了广泛的研究。通过超表面对相位的调控，在超表面的结构表面引入相位梯度，从而实现特定角度的光束偏折。然而，大多数的光束偏折器依赖于入射光的偏振态，应用受限。如公开号cn 114512816a的发明专利公开了一种高效率反射式太赫兹波束偏折器，包括m×n阵列排列的超排列单元，所述超排列单元由k个1×k排列的超表面单元组成，所述超表面单元包括介质基板、位于介质基板上表面的矩形贴片和位于介质基板下表面的金属层，所述矩形贴片与介质基板具有相同的中心；所述超排列单元中的k个超表面单元的矩形贴片的长度各不相同。但是，该偏折器工作于线偏振入射光。又如田建国课题组设计了一种多棒纳米天线超表面结构，实现了宽波段的光束偏折，但该光束偏折器也仅工作于圆偏振入射光。
技术实现思路
1、针对光束偏折器不能同时用于任意偏振光的技术问题，本发明提出一种针对任意偏振光的光束偏折器，实现任意偏振入射光的光束偏折调控。
2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
3、一种针对任意偏振光的光束偏折器，包括沿x轴和y轴方向周期性排列的超排列单元，所述超排列单元由2×n个超表面单元组成，所述n为大于2的正整数；2×n个超表面单元在y轴方向分为两行排列，第一行和第二行中的超表面单元沿x轴方向排列，每行具有n个超表面单元；超表面单元上具有手性结构；所述第一行的n个超表面单元和第二行的n个超表面单元呈手性对称。
4、所述手性对称为第二行的n个超表面单元由第一行的n个超表面单元关于垂直于y轴的平面作镜面对称得到。第二行的每个超表面单元与相邻第一行的超表面单元一一对应。
5、所述超表面单元自下而上依次包括衬底、金属反射层、介质层、手性结构，所述手性结构位于介质层上。
6、所述手性结构由两个正交设置的微纳米结构组成，且两个微纳米结构之间具有一定的间距。所述手性结构无对称中心，不关于x轴和y轴对称。
7、所述手性结构中两个微纳米结构分别独立的选自纳米棒、l型结构或开口谐振环中的任意一种。
8、优选的，所述手性结构为纳米棒/纳米棒、纳米棒/l型结构、纳米棒/开口谐振环、开口谐振环/开口谐振环。
9、更优选的，手性结构为纳米棒/纳米棒，两个纳米棒相互垂直，即其中一个纳米棒沿y轴方向方向设置，长边与y轴平行；另一个纳米棒沿x轴方向方向设置，长边与x轴平行。
10、所述纳米棒长度范围为100纳米到10微米，宽度范围为10纳米到1微米。
11、所述衬底的材料为硅、石英或蓝宝石中的一种或两种以上；所述金属反射层的材料为金、银、铝或铬中的一种或两种以上；所述介质层的材料为氧化硅、氧化锌、氧化铝、ge2sb2te5或硫化锑中的一种或两种以上；所述手性结构的材料为金、银、铝、铬、石墨烯或二维金属硫族中的一种或两种以上。
12、所述第一行的超表面单元在左旋圆偏振光入射时，反射的圆偏振交叉极化光携带奇异拓扑相位，实现左旋圆偏振入射光的偏折。
13、所述第一行中相邻超表面单元之间的相位间隔为2π/n；第一行两端的超表面单元的反射相位分别为2π/n和2π，中间的超表面单元以2π/n的相位梯度依次设置。通过调节超表面单元顶层的手性结构的尺寸参数，使第一行的超表面单元的反射相位满足上述条件。
14、所述第二行的超表面单元在右旋圆偏振光入射时，反射圆偏振交叉极化光携带奇异拓扑相位，实现右旋圆偏振入射光的偏折。
15、所述第二行中相邻超表面单元之间的相位间隔为2π/n；第二行两端的超表面单元的反射相位分别为2π/n和2π，中间的超表面单元以2π/n的相位梯度依次设置。
16、所述任意偏振光可由振幅相同、频率相同、传播方向相同的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光叠加而成，所述超排列单元的第一行和第二行中超表面单元的组合可实现任意偏振光的偏折。
17、本发明的有益效果：
18、1、本发明基于奇异拓扑相位的光束偏折器可实现对任意偏振光的光束偏折。
19、2、本发明针对任意偏振的光束偏折器通过调整结构尺寸，可以实现任意波段的光束偏折。
20、3、本发明针对任意偏振的光束偏折器可以将介质层设计为活性材料，如相变材料硫化锑，实现光束偏折的动态调节。
1.一种针对任意偏振光的光束偏折器，其特征在于，包括沿x轴和y轴方向周期性排列的超排列单元，所述超排列单元由2×n个超表面单元组成，所述n为大于2的正整数；2×n个超表面单元在y轴方向分为两行排列，第一行和第二行中的超表面单元沿x轴方向排列，每行具有n个超表面单元；超表面单元上具有手性结构，所述第一行的n个超表面单元和第二行的n个超表面单元呈手性对称。
2.根据权利要求1所述的针对任意偏振光的光束偏折器，其特征在于，所述手性对称为第二行的n个超表面单元由第一行的n个超表面单元关于垂直于y轴的平面作镜面对称得到。
3.根据权利要求2所述的针对任意偏振光的光束偏折器，其特征在于，所述超表面单元自下而上依次包括衬底、金属反射层、介质层、手性结构，所述手性结构位于介质层上。
4.根据权利要求3所述的针对任意偏振光的光束偏折器，其特征在于，所述手性结构由两个正交设置的微纳米结构组成，且两个微纳米结构之间具有一定的间距。
5.根据权利要求4所述的针对任意偏振光的光束偏折器，其特征在于，所述手性结构中两个微纳米结构分别独立的选自纳米棒、l型结构或开口谐振环中的任意一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的针对任意偏振光的光束偏折器，其特征在于，所述衬底的材料为硅、石英或蓝宝石中的一种或两种以上；所述金属反射层的材料为金、银、铝或铬中的一种或两种以上；所述介质层的材料为氧化硅、氧化锌、氧化铝、ge2sb2te5或硫化锑中的一种或两种以上；所述手性结构的材料为金、银、铝、铬、石墨烯或二维金属硫族中的一种或两种以上。
7.根据权利要求6所述的针对任意偏振光的光束偏折器，其特征在于，所述第一行的超表面单元在左旋圆偏振光入射时，反射的圆偏振交叉极化光携带奇异拓扑相位，实现左旋圆偏振入射光的偏折。
8.根据权利要求7所述的针对任意偏振光的光束偏折器，其特征在于，所述第一行中相邻超表面单元之间的相位间隔为2π/n；第一行两端的超表面单元的反射相位分别为2π/n和2π，中间的超表面单元以2π/n的相位梯度依次设置。
9.根据权利要求8所述的针对任意偏振光的光束偏折器，其特征在于，所述第二行的超表面单元在右旋圆偏振光入射时，反射圆偏振交叉极化光携带奇异拓扑相位，实现右旋圆偏振入射光的偏折。
10.根据权利要求9所述的针对任意偏振光的光束偏折器，其特征在于，所述第二行中相邻超表面单元之间的相位间隔为2π/n；第二行两端的超表面单元的反射相位分别为2π/n和2π，中间的超表面单元以2π/n的相位梯度依次设置。
