(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210656423.3 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 街道八一路2 99号 (72)发明人 李嘉鑫　郑国兴　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 齐晨涵 (51)Int.Cl. G06K 19/06(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/14(2020.01) (54)发明名称 实现四通道二维码的超表面及其设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种实现四通道二维码的超 表面及其设计方法， 配合不同纳米砖所具有的不 同光谱响应以及不同起检偏器组合下的强度调 制， 能够用一个超表面器件实现最多四种二维码 显示， 四个二维码组合起来共同复原出编码信 息， 具有高安全性、 高信息密度的特点。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 115130631 A 2022.09.30 CN 115130631 A 1.一种实现四通道二维码的超表面的设计方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1： 优化具有起偏器特性的纳米砖单元结构： 确定工作波长λ， 通过电磁仿真软件优化 两种不同大小纳米砖单元结构即纳米砖a和纳米砖b的尺寸参数， 优化具有起偏器特性的纳 米砖单元结构， 使得在同一工作波长下 的线偏光正入射至所述纳米砖单元结构时， 对两种 不同大小的砖而言， 沿长轴偏振的分量全部 反射， 沿短轴偏振的分量全部透射； 所述纳米砖 单元结构由基底和刻蚀在所述基底上的纳米砖构成； 所述纳米砖单元结构的尺寸参数包括 纳米砖的长度L、 宽度W、 高度H、 单 元结构中心间隔C； S2： 选定四幅二维码图案分别是二维码#1、 二维码#2、 二维码#3、 二维码#4； 将需要加密 的信息分成四部 分分别赋予给四幅二 维码； 设计纳米砖转角排布： 根据步骤S1可知， 两种不 同大小的纳米砖a和纳米砖b在工作波长为λ均等效为一个起偏器； 将工作波长设置为λ， 根 据入射线偏光依次经 过纳米单 元结构和检偏器后的出射 光强公式： 设置三种起偏器、 检偏器的转角组合； 当起偏器转角 π/2， 检偏器转角为0时， 出射 光的光强表达式为： Ir1＝I0sin22 θ； 当起偏器转角5π/8， 检偏器转角为 ‑π/8时， 出射光的光强表达式为： 当起偏器转角为 ‑π/8， 检偏器转角为3π/8时， 出射光的光强表达式为： 当纳米砖 转角为1π/16时， Ir1， Ir2， Ir3的灰度分别近似等效为0,0,1； 当纳米砖 转角为3 π/16时， Ir1， Ir2， Ir3的灰度分别近似等效为1,0,1； 当纳米砖的转角为5 π/16时， Ir1， Ir2， Ir3的灰度分别近似等效为1,0,0； 当纳米砖 转角为7π/16时， Ir1， Ir2， Ir3的灰度分别近似等效为0,0,0； 当纳米砖 转角为9 π/16时， Ir1， Ir2， Ir3的灰度分别近似等效为0,1,1； 当纳米砖 转角为11π/16时， Ir1， Ir2， Ir3的灰度分别近似等效为1,1,1； 当纳米砖 转角为13 π/16时， Ir1， Ir2， Ir3的灰度分别近似等效为1,1,0； 当纳米砖 转角为15 π/16时， Ir1， Ir2， Ir3的灰度分别近似等效为0,1,0； 这样， 对每个纳米砖而言， 都有8个转角选择以满足三个二维码二维码#1， 二维码#2， 二 维码#3的所有灰度组合(8＝23)， 即通过合理地选择纳米砖的转角， 能够在上述三种入射条 件下观察到三幅不同的二维码； S3： 设计纳米砖大小排布： 由于两种不同大小的纳米砖具有不同的光谱响应， 因此当自 然光正入射时会呈现出不同的颜色； 选取二维码#4， 根据二维码#4的灰度分布决定纳米砖 的大小排布， 当二 维码#4的像素点灰度为1时选定纳米砖a， 当二 维码#4的像素点灰度为0时 选定纳米砖b。 2.如权利要求1所述实现四通道二维码的超表面的设计方法， 其特征在于： 所述步骤S1 中， 工作波长选用533nm； 当工作 波长选用533nm时， 纳 米砖a的长度La为220nm， 纳米砖b的长 度Lb为110nm， 宽度W均为6 0nm， 高度H为23 0nm， 单元结构中心间隔C均为3 00nm。 3.一种实现四通道二维码的超表面， 其特征在于： 所述基底材料选用氧化铝， 纳米砖材权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115130631 A 2料选用硅 。 4.根据权利要求3所述的实现四通道二维码的超表面， 其特征在于： (1)所述纳米砖材 料为Si， 基底材料为Al2O3。 5.根据权利要求3或4所述的实现四通道二维码的超表面， 其特征在于： 所述二维码由 两种不同大小纳米砖即纳米砖a和纳米砖b排列构成； 所述两种纳米砖即纳米砖a和纳米砖b 均等效为 起偏器， 且具有不同的光谱响应， 白光入射时呈现不同颜色； 当线偏光入射时， 通过改变起检偏器的转角组合能够实现三种不同的二维码#1， 二维 码#2和二维码# 3； 当白色非偏振光入射时， 能够呈现一幅二维码#4。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115130631 A 3