一種超表面的設計方法、裝置及電子設備與流程
1.本發明涉及超表面技術領域，具體而言，涉及一種超表面的設計方法、裝置、電子設備及計算機可讀存儲介質。
背景技術：
2.超表面的相位調控機制一般都基于正入射或小角度入射，對大角度斜入射下的光學性能的考慮較少，而在廣角成像等領域則需要考慮大角度入射的光，此時超表面會出現成像質量降低的問題，其部分原因來自斜入射時部分結構單元(納米結構)因諧振響應導致的透射率低和相位突變的問題。例如，部分硅納米圓柱對于斜入射的光會存在諧振響應，導致透射率變化以及相位突變，最終導致所設計的超表面不適用于大角度入射的場景。
技術實現要素：
3.為解決現有存在的技術問題，本發明實施例提供一種超表面的設計方法、裝置、電子設備及計算機可讀存儲介質。
4.第一方面，本發明實施例提供了一種超表面的設計方法，包括：
5.確定n個第一納米結構，不同的所述第一納米結構對主入射光的調制相位不同；所述主入射光為以主入射角度入射的入射光，n≥2；
6.對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作，直至所述納米結構集中所有所述目標納米結構均滿足廣角成像要求；最初的所述目標納米結構為相應的所述第一納米結構；
7.基于所述納米結構集設計超表面；
8.其中，所述更新操作包括：
9.獲取每個所述目標納米結構的性能信息，所述性能信息包括在不同入射角度的入射光下所述目標納米結構的性能參數，所述性能參數包括透射率和/或調制相位；所述目標納米結構的性能信息用于判斷所述目標納米結構是否滿足廣角成像要求；
10.在存在不滿足廣角成像要求的目標納米結構的情況下，選取新的第二納米結構，并以所述第二納米結構代替所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構，生成新的納米結構集；所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構對所述主入射光的調制相位相同，且所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構具有不同的形狀。
11.在一種可能的實現方式中，在所述性能參數包括透射率的情況下，所述廣角成像要求包括廣角成像透射率要求；所述目標納米結構在不同入射角度的入射光下的透射率越大，越能夠滿足所述廣角成像透射率要求。
12.在一種可能的實現方式中，所述更新操作還包括：
13.確定每個所述入射角度對應的第一平均透射率，所述第一平均透射率為多個所述目標納米結構在所述入射角度的入射光下的透射率的加權平均值；
14.在至少一個所述第一平均透射率低于第一預設透射率閾值的情況下，確定至少一個目標納米結構不滿足所述廣角成像透射率要求。
15.在一種可能的實現方式中，所述確定每個所述入射角度對應的第一平均透射率，包括：
16.確定每個所述目標納米結構的權重，根據所述權重對多個所述目標納米結構在所述入射角度的入射光下的透射率進行加權處理，得到所述入射角度對應的第一平均透射率；不同的所述目標納米結構的權重相同，或者，所述目標納米結構的權重與所述超表面中與所述目標納米結構對應同一調制相位的納米結構的數量之間為正相關關系；
17.所述第一平均透射率滿足：
[0018][0019]
其中，wi表示第i個目標納米結構的權重，t
i,j
表示第i個目標納米結構在第j個入射角度的入射光下的透射率，表示第j個入射角度對應的第一平均透射率。
[0020]
在一種可能的實現方式中，所述確定至少一個目標納米結構不滿足所述廣角成像透射率要求，包括：
[0021]
將具有最低透射率或具有最低第二平均透射率的目標納米結構作為不滿足所述廣角成像透射率要求的目標納米結構；所述第二平均透射率為所述目標納米結構在多個所述入射角度的入射光下的透射率的平均值。
[0022]
在一種可能的實現方式中，所述更新操作還包括：
[0023]
在所有所述第一平均透射率均不低于第一預設透射率閾值的情況下，確定所有所述目標納米結構均滿足所述廣角成像透射率要求；
[0024]
或者，在所有所述第一平均透射率均不低于第一預設透射率閾值、且所述主入射角度對應的第一平均透射率不低于第二預設透射率閾值的情況下，確定所有所述目標納米結構均滿足所述廣角成像透射率要求；所述第二預設透射率閾值大于所述第一預設透射率閾值。
[0025]
在一種可能的實現方式中，所述更新操作還包括：
[0026]
判斷每個所述目標納米結構的透射參數是否低于第三預設透射率閾值；所述目標納米結構的透射參數包括：所述目標納米結構的透射率中的最小值，或者，所述目標納米結構的第二平均透射率；所述第二平均透射率為所述目標納米結構在多個所述入射角度的入射光下的透射率的平均值；
[0027]
在存在透射參數低于第三預設透射率閾值的目標納米結構的情況下，將具有最低透射參數的目標納米結構作為不滿足所述廣角成像透射率要求的目標納米結構。
[0028]
在一種可能的實現方式中，在所述性能參數包括調制相位的情況下，所述廣角成像要求包括廣角成像相位要求；所述目標納米結構的相位梯度越小，越能夠滿足所述廣角成像相位要求；其中，所述目標納米結構的相位梯度用于表示所述目標納米結構的調制相位的變化程度。
[0029]
在一種可能的實現方式中，所述更新操作還包括：
[0030]
確定每個所述目標納米結構的相位梯度，所述目標納米結構的相位梯度包括：所
述目標納米結構與相鄰的其他目標納米結構之間的調制相位之差隨入射角度變化所具有的變化程度，和/或，所述目標納米結構的調制相位隨入射角度變化所具有的變化程度；
[0031]
在所述目標納米結構的相位梯度高于相應的預設梯度閾值的情況下，確定相位梯度高于預設梯度閾值的目標納米結構不滿足所述廣角成像相位要求。
[0032]
在一種可能的實現方式中，所述更新操作還包括：
[0033]
確定所述目標納米結構在第j個入射角度處的相位梯度與所述目標納米結構在所述主入射角度處的相位梯度之間的變化比，且所述變化比滿足：
[0034][0035]
其中，表示第i個目標納米結構在第j個入射角度處的相位梯度，表示第i個目標納米結構在所述主入射角度處的相位梯度，r
i,j
表示第i個目標納米結構在第j個入射角度處的變化比；
[0036]
在所述變化比超過預設比值的情況下，確定所述目標納米結構的相位梯度高于相應的預設梯度閾值。
[0037]
在一種可能的實現方式中，在所述對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作之前，該方法還包括：
[0038]
對多個不同形狀的納米結構進行性能分析，確定每個所述納米結構的性能信息。
[0039]
在一種可能的實現方式中，所述對多個不同形狀的納米結構進行性能分析，包括：
[0040]
以多個同一所述納米結構構成與所述納米結構對應的測試超表面，并以不同入射角度向所述測試超表面出射入射光；
[0041]
將所述測試超表面在不同入射角度的入射光下的性能參數作為所述納米結構相應的性能參數。
[0042]
在一種可能的實現方式中，所述第二納米結構與對所述主入射光具有同一調制相位的第一納米結構以及對所述主入射光具有同一調制相位的曾經選取的其他第二納米結構均形狀不同。
[0043]
在一種可能的實現方式中，所述主入射角度為0
°±
δ，δ表示在誤差允許范圍內的角度值。
[0044]
在一種可能的實現方式中，n個所述第一納米結構對主入射光的調制相位至少能夠覆蓋0至2π。
[0045]
在一種可能的實現方式中，n大于或等于8。
[0046]
在一種可能的實現方式中，所述第一納米結構與所述第二納米結構均為偏振相關結構；或者，所述第一納米結構與所述第二納米結構均為偏振不相關結構。
[0047]
第二方面，本發明實施例還提供了一種超表面的設計裝置，包括：
[0048]
初始模塊，用于確定n個第一納米結構，不同的所述第一納米結構對主入射光的調制相位不同；所述主入射光為以主入射角度入射的入射光，n≥2；
[0049]
更新模塊，用于對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作，直至所述納米結構集中所有所述目標納米結構均滿足廣角成像要求；最初的所述目標納米結構為相應的所述第一納米結構；
[0050]
設計模塊，用于基于所述納米結構集設計超表面；
[0051]
其中，所述更新模塊包括獲取單元和更新單元；
[0052]
所述獲取單元用于，獲取每個所述目標納米結構的性能信息，所述性能信息包括在不同入射角度的入射光下所述目標納米結構的性能參數，所述性能參數包括透射率和/或調制相位；所述目標納米結構的性能信息用于判斷所述目標納米結構是否滿足廣角成像要求；
[0053]
所述更新單元用于，在存在不滿足廣角成像要求的目標納米結構的情況下，選取新的第二納米結構，并以所述第二納米結構代替所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構，生成新的納米結構集；所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構對所述主入射光的調制相位相同，且所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構具有不同的形狀。
[0054]
第三方面，本發明實施例提供了一種電子設備，包括總線、收發器、存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述收發器、所述存儲器和所述處理器通過所述總線相連，所述計算機程序被所述處理器執行時實現上述任意一項所述的超表面的設計方法中的步驟。
[0055]
第四方面，本發明實施例還提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現上述任意一項所述的超表面的設計方法中的步驟。
[0056]
本發明實施例提供的超表面的設計方法、裝置、電子設備及計算機可讀存儲介質，以對主入射光的調制相位作為基準，選取n個不同調制相位的納米結構(如第一納米結構)，通過分析其在不同入射角度的入射光下的性能參數確定所選取的納米結構是否滿足廣角成像要求，并將不滿足廣角成像要求的納米結構替換為其他形狀的納米結構，實現更新，從而可以尋到諧振響應較小的納米結構，進而利用更新后的n個納米結構設計超表面，所設計的超表面對不同入射角度的入射光具有比較穩定的調制效果，整體性能較好，可以適用于廣角成像的場景，能夠提高廣角成像質量。
附圖說明
[0057]
為了更清楚地說明本發明實施例或背景技術中的技術方案，下面將對本發明實施例或背景技術中所需要使用的附圖進行說明。
[0058]
圖1示出了本發明實施例所提供的一種超表面的設計方法的流程圖；
[0059]
圖2示出了本發明實施例所提供的一種超表面的設計方法的詳細流程圖；
[0060]
圖3示出了本發明實施例所提供的圓柱形納米結構的結構示意圖；
[0061]
圖4a示出了本發明實施例所提供的8個圓柱形的目標納米結構在不同入射角下的透射率；
[0062]
圖4b示出了本發明實施例所提供的8個圓柱形的目標納米結構在不同入射角下的相位；
[0063]
圖5a示出了本發明實施例所提供的入射角為0
°
下不同目標納米結構的透射率和相位；
[0064]
圖5b示出了本發明實施例所提供的入射角為30
°
下不同目標納米結構的透射率和
相位；
[0065]
圖6示出了本發明實施例所提供的十字柱形納米結構的結構示意圖；
[0066]
圖7示出了本發明實施例所提供的更換序號為3的目標納米結構形成新的納米結構集的示意圖；
[0067]
圖8a示出了本發明實施例所提供的序號為2的目標納米結構的透射率隨入射角的變化情況；
[0068]
圖8b示出了本發明實施例所提供的序號為2的目標納米結構的相位隨入射角的變化情況；
[0069]
圖9示出了本發明實施例所提供的替換前后第一平均透射率的對比圖；
[0070]
圖10示出了本發明實施例所提供的一種超表面的設計裝置的結構示意圖；
[0071]
圖11示出了本發明實施例所提供的一種用于執行超表面的設計方法的電子設備的結構示意圖。
具體實施方式
[0072]
在實現本發明創造的過程中，發明人發現，諧振響應的諧振模式是一種電場分布，其除了與光線的入射角度相關外，還與納米結構的形狀相關，當納米結構的形狀改變時，同一入射角度下可能不再存在諧振響應。因此，本發明實施例通過替換不同形狀的納米結構，從而可以設計出在大角度入射時仍然具有高性能的超表面。
[0073]
圖1示出了本發明實施例所提供的一種超表面的設計方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括：
[0074]
步驟101：確定n個第一納米結構，不同的第一納米結構對主入射光的調制相位不同；該主入射光為以主入射角度入射的入射光，n≥2。
[0075]
本發明實施例中，在設計超表面時，需要首先確定具有不同調制功能的納米結構，即不同的納米結構的調制相位不同，為方便描述，本發明實施例將初次選取的納米結構稱為第一納米結構。對于初次選取的n個第一納米結構，所有的第一納米結構可以具有相同的形狀。本發明實施例中，“形狀”指的可以是納米結構的立體形狀，包括圓柱形、方柱形、矩形柱形、圓環柱形等；并且，該“形狀”只用于表征納米結構的外形特點，而不限定納米結構的尺寸大小；例如，兩個納米結構均為圓柱形，即使二者的尺寸不同(例如，高度不同、半徑不同等)，二者也是具有相同形狀的納米結構。
[0076]
其中，在選取納米結構(包括第一納米結構以及下述的第二納米結構)時，以主入射光入射至該納米結構時的調制相位為基準來選取具有不同調制相位的納米結構；該主入射光為以某一特定的主入射角度入射的入射光，該主入射角度可以為預先設置的，不同的納米結構均以該主入射角度為基準即可。例如，一般情況下，超表面主要用于對正入射(即入射角度為0
°
)的光線進行調制，故可以將正入射的光線作為主入射光，相應地，該主入射角度可以為0
°±
δ，δ表示在誤差允許范圍內的角度值；該角度值δ為一個較小的值，例如，δ＝1
°
、5
°
等。理想情況下，可以取δ＝0，即該主入射角度為0
°
。
[0077]
本領域技術人員可以理解，本發明實施例中，以主入射角度入射至納米結構的光均可稱為主入射光，該主入射光并不特指某唯一的光線，只要光線的入射角度為該主入射角度，該光線即可作為主入射光。
[0078]
步驟102：對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作，直至納米結構集中所有目標納米結構均滿足廣角成像要求；最初的目標納米結構為相應的第一納米結構；
[0079]
其中，上述步驟102中的“更新操作”包括以下步驟1021-1022。
[0080]
步驟1021：獲取每個目標納米結構的性能信息，性能信息包括在不同入射角度的入射光下目標納米結構的性能參數，性能參數包括透射率和/或調制相位；目標納米結構的性能信息用于判斷目標納米結構是否滿足廣角成像要求。
[0081]
步驟1022：在存在不滿足廣角成像要求的目標納米結構的情況下，選取新的第二納米結構，并以第二納米結構代替不滿足廣角成像要求的目標納米結構，生成新的納米結構集；第二納米結構與不滿足廣角成像要求的目標納米結構對主入射光的調制相位相同，且第二納米結構與不滿足廣角成像要求的目標納米結構具有不同的形狀。
[0082]
本發明實施中，由于諧振響應的存在，極易導致初次選取的n個第一納米結構中至少部分第一納米結構不適合廣角成像；例如，主入射角度為0
°
，某第一納米結構對主入射光雖然具有所需的調制相位，但當光線以較大入射角度入射至該第一納米結構時，該第一納米結構所調制的相位大小會發生較大的變化。例如，某第一納米結構a對0
°
入射的主入射光的調制相位為π/2，而該第一納米結構a對以20
°
入射的其他入射光的調制相位可能為π/4、甚至接近于0等，調制相位變化較大。因此，本發明實施例通過循環更新納米結構，以使得最終得到的所有納米結構均符合要求。
[0083]
具體地，為方便描述，本發明實施例將n個納米結構所構成的集合稱為納米結構集，并對該納米結構集進行更新；由于更新過程中會替換納米結構，為能夠與最初的第一納米結構進行區分，本發明實施例將該納米結構集中的納米結構稱為“目標納米結構”。在初始時，該納米結構集由n個第一納米結構構成，即每個第一納米結構均作為一個目標納米結構，形成具有n個目標納米結構的初始的納米結構集，且每個目標納米結構對主入射光的調制相位不同。之后，循環更新該納米結構集。
[0084]
本發明實施例中，通過循環執行更新操作實現對納米結構集的更新；其中，通過判斷目標納米結構是否滿足廣角成像要求來確定該目標納米結構是否需要被替換，通過替換不滿足廣角成像要求的目標納米結構實現對納米結構集的更新。本發明實施例中，利用目標納米結構的性能信息判斷該目標納米結構是否滿足廣角成像要求。其中，廣角成像要求指的是在廣角范圍內均能夠實現成像的要求；該“廣角”指的是具有一定范圍的入射角度，該入射角度的范圍具體基于實際情況而定，例如，廣角對應的范圍可以為0～30
°
、20
°
～60
°
等。一般情況下，廣角對應的范圍包含主入射角度；為使目標納米結構能夠滿足該廣角成像要求，需要目標納米結構對多個入射角度的入射光均具有良好且穩定的調制效果。
[0085]
具體地，每個目標納米結構的性能信息包括在不同入射角度的入射光下該目標納米結構的性能參數，且該性能參數包括透射率和/或調制相位。例如，該性能參數包括透射率和調制相位，通過分析不同入射角度的入射光射向該目標納米結構后，該目標納米結構的透射率和調制相位，即可確定該目標納米結構的性能信息；例如，該性能參數具體可以表現為：透射率與入射角度之間的關系、調制相位與入射角度之間的關系。本發明實施例中，該性能信息能夠表示目標納米結構對不同入射角度入射光的調制效果，基于該性能信息即可判斷相應的目標納米結構是否滿足廣角成像要求。一般情況下，目標納米結構的透射率
越高，調制相位的變化越小，越容易滿足廣角成像要求。
[0086]
若某個目標納米結構的性能參數較差，則該目標納米結構不滿足廣角成像要求，本發明實施例會替換該性能參數較差的目標納米結構，即替換不滿足廣角成像要求的目標納米結構。具體地，基于該性能參數較差的目標納米結構對主入射光的調制相位，選取對主入射光具有相同調制相位的新的納米結構，為方便區分，本發明實施例將新選取的納米結構稱為第二納米結構。例如，性能參數較差的目標納米結構對主入射光的調制相位為π/2，則該第二納米結構對主入射光的調制相位也為π/2。需要說明的是，只要某納米結構與性能參數較差的目標納米結構對主入射光的調制相位之差在允許的范圍內，則可認為二者對主入射光的調制相位相同，該納米結構就有可能被作為第二納米結構，可以不要求二者的調制相位完全相同。
[0087]
并且，為能夠規避掉諧振響應，所選的第二納米結構與性能參數較差的目標納米結構的形狀不同。例如，性能參數較差的目標納米結構為圓柱形，則可以選取其他形狀(例如方柱形、十字柱形等)的納米結構作為第二納米結構。可選地，不同形狀的納米結構的調制效果可能也受入射光線偏振態的影響，某些形狀的納米結構對偏振不敏感，即偏振不相關，例如，圓柱形、方柱形、十字柱形、圓孔方柱形等納米結構；而某些形狀的納米結構對偏振敏感，即偏振相關，例如，橢圓柱形、矩形柱形、六棱柱形等納米結構。本發明實施例中，偏振相關的納米結構之間可以替換，偏振不相關的納米結構之間也可以替換。具體地，最初的第一納米結構與任一重新選取的第二納米結構均為偏振相關結構；或者，最初的第一納米結構與任一重新選取的第二納米結構均為偏振不相關結構。
[0088]
本發明實施例中，將不滿足廣角成像要求的目標納米結構替換為其他形狀的第二納米結構，形成新的納米結構集，之后即可對該新的納米結構集再次執行更新操作，實現循環迭代，并最終得到所有目標納米結構均滿足廣角成像要求的納米結構集。若n個目標納米結構均滿足廣角成像要求，如上述步驟102所示，此時可以停止循環，即不再執行更新操作，此時所確定的n個目標納米結構為符合要求的納米結構，可以用其設計制作超表面。
[0089]
本領域技術人員可以理解，在循環過程中，對于某一時刻的納米結構集，可能只有一個目標納米結構不滿足廣角成像要求，也可能存在多個(甚至全部)目標納米結構不滿足廣角成像要求，而在一輪的更新操作中，可以只替換性能最差的目標納米結構，也可以替換所有不滿足廣角成像要求的目標納米結構，本實施例對此不做限定。
[0090]
此外，本發明實施例中“新的第二納米結構”指的可以是：只與性能參數較差的目標納米結構相比，該第二納米結構是新的；例如，與之前曾經使用的其他第二納米結構相比，此時的第二納米結構可以是尺寸不同但形狀相同的納米結構。或者，一般情況下，為方便制作超表面，所選的n個納米結構需要是高度相同的，而在該高度的約束下，不同尺寸(如半徑)的納米結構所調制的相位一般是不同的，且調制某一相位的納米結構只有一種尺寸，故此時最好通過改變形狀來替換第二納米結構；相應地，該第二納米結構與對主入射光具有同一調制相位的第一納米結構以及對主入射光具有同一調制相位的曾經選取的其他第二納米結構均形狀不同。例如，對主入射光的調制相位為π/2的納米結構，第一輪更新操作所選用的是圓柱形納米結構(即相應的第一納米結構為圓柱形)，其不符合要求，此時可以選用十字柱形納米結構作為第二納米結構；在第二輪更新操作過程中，若該十字柱形納米結構仍然不符合要求，則需要選擇不是圓柱形、也不是十字柱形的納米結構，例如方柱形納
米結構等，以使得當前選取的第二納米結構與曾經的任一納米結構(包括最初的第一納米結構以及之前輪選取的其他第二納米結構)的形狀均不同。
[0091]
需要說明的是，對于主入射角度對應的某一調制相位，若遍歷所有納米結構后仍不能得出符合要求的納米結構，則可以更改納米結構的其他參數，例如更改納米結構的高度、周期等，重新執行上述步驟101-102；或者，在允許的情況下，也可適當降低對性能參數的要求，即更低的性能參數也可以滿足廣角成像要求，以能夠得到符合要求的納米結構集。
[0092]
步驟103：基于納米結構集設計超表面。
[0093]
本發明實施例中，在得到滿足廣角成像要求的n個目標納米結構后，即可基于這些目標納米結構設計超表面。例如，根據該超表面所需要實現的功能，可以確定該超表面的相位分布該相位分布能夠表示位置(x,y)處的相位值；基于該相位分布即可確定超表面任一位置處需要哪一目標納米結構，從而設計得到超表面。本領域技術人員可以理解，步驟103所得到的超表面本質為超表面模型，其包括該超表面不同位置處納米結構的結構參數(如半徑、高度等)，后續需要基于相應的制作工藝(例如光刻工藝)得到實際所需的超表面。
[0094]
設計超表面所需的納米結構的調制相位應當能夠覆蓋0至2π。本發明實施例中，可以選取覆蓋0至2π的納米結構中的一部分作為n個第一納米結構；或者，為了提高設計效率，也可以將覆蓋0至2π的納米結構均作為n個第一納米結構，即n個第一納米結構所調制的相位能夠覆蓋0至2π。具體地，本發明實施例以對主入射光的調制相位為基準，n個第一納米結構對主入射光的調制相位至少能夠覆蓋0至2π；并且，為保證超表面的整體性能效果，可以選取較大的n值，例如，n≥4或n≥6，或者，n≥8。
[0095]
本領域技術人員可以理解，由于0至2π之間具有無窮多個相位，不可能絕對覆蓋0至2π，本發明實施例中的“能夠覆蓋0至2π”指的是在誤差允許范圍內相對地能夠覆蓋0至2π。例如，對于調制相位分布比較均勻的n個納米結構，若其最大相位與最小相位之差接近2π，只要n足夠大，即可認為這n個納米結構的調制相位能夠覆蓋0至2π。例如，n＝8，8個納米結構對主入射光的調制相位依次為則可認為這8個納米結構對主入射光的調制相位能夠覆蓋0至2π，這8個納米結構可以作為第一納米結構。
[0096]
此外，需要說明的是，多個納米結構能夠覆蓋0至2π，指的是多個納米結構的相位所對應的跨度能夠達到2π，并不限定納米結構的相位必須在[0,2π]，這些納米結構的相位是基于其中一個納米結構的相對相位。例如，除第一個納米結構之外，其余n-1個納米結構的相位都是以該第一個納米結構的相位為基準所確定的，該第一個納米結構的相位可以為0，也可以為其他任意值，其他n-1個納米結構的相位依次遞增(或遞減)，得到能夠覆蓋0至2π的n個納米結構。例如，上述的能夠覆蓋0至2π的8個納米結構對主入射光的調制相位依次為該可以為任意值；這8個納米結構的相位可以為任意值，但相鄰兩個納米結構的相位差始終為為方便描述，本實施例以8個納米結構對主入射光的調制相位依次是
為例說明。
[0097]
本發明實施例提供的超表面的設計方法，以對主入射光的調制相位作為基準，選取n個不同調制相位的納米結構(如第一納米結構)，通過分析其在不同入射角度的入射光下的性能參數確定所選取的納米結構是否滿足廣角成像要求，并將不滿足廣角成像要求的納米結構替換為其他形狀的納米結構，實現更新，從而可以尋到諧振響應較小的納米結構，進而利用更新后的n個納米結構設計超表面，所設計的超表面對不同入射角度的入射光具有比較穩定的調制效果，整體性能較好，可以適用于廣角成像的場景，能夠提高廣角成像質量。
[0098]
在上述實施例的基礎上，由于性能參數可以包含多項，例如包含透射率和調制相位兩項，相應地，廣角成像要求也可分為多項，例如分為廣角成像透射率要求、廣角成像相位要求等。具體地，本發明實施例中，在性能參數包括透射率的情況下，該廣角成像要求包括廣角成像透射率要求。并且，目標納米結構在不同入射角度的入射光下的透射率越大，越能夠滿足廣角成像透射率要求。相應地，若目標納米結構的透射率越小，則越可能不滿足廣角成像要求。
[0099]
可選地，對于單一的納米結構，發明人發現，較難保證其對不同入射角度的入射光均具有較高的透射率，而若將判斷是否滿足廣角成像透射率要求的閾值設置得較低，則會大大降低所設計超表面的整體性能。因此，本發明實施例利用多個目標納米結構整體的平均透射率來判斷是否滿足廣角成像透射率要求。具體地，該更新操作還包括以下步驟a1-a2：
[0100]
步驟a1：確定每個入射角度對應的第一平均透射率，第一平均透射率為多個目標納米結構在入射角度的入射光下的透射率的加權平均值。
[0101]
本發明實施例中，在性能參數包括透射率的情況下，每個目標納米結構的性能信息均包括多個入射角度對應的透射率，即在多個入射角度的入射光下目標納米結構的透射率。本發明實施例對同一入射角度、多個不同目標納米結構的透射率進行加權平均，可以確定該入射角度所對應的平均透射率，即第一平均透射率；通過對每個入射角度所對應的性能信息均進行相應的加權平均處理，即可得到每個入射角度對應的第一平均透射率。該第一平均透射率能夠表示多個目標納米結構對以該入射角度入射的光線的平均透射率。
[0102]
可選地，上述步驟a1“確定每個入射角度對應的第一平均透射率”包括以下步驟a11。
[0103]
步驟a11：確定每個目標納米結構的權重，根據權重對多個目標納米結構在入射角度的入射光下的透射率進行加權處理，得到該入射角度對應的第一平均透射率。其中，不同的目標納米結構的權重相同，或者，目標納米結構的權重與超表面中與該目標納米結構對應同一調制相位的納米結構的數量之間為正相關關系。
[0104]
并且，該第一平均透射率滿足：
[0105][0106]
其中，wi表示第i個目標納米結構的權重，t
i,j
表示第i個目標納米結構在第j個入
射角度的入射光下的透射率，表示第j個入射角度對應的第一平均透射率。一般情況下，為實現加權平均，所有權重之和為1，即
[0107]
本發明實施例中，可以預先為每種目標納米結構設置權重，例如，第i個目標納米結構的權重為wi，i＝1,2,
…
,n；并且，上述步驟1022中的替換過程也會改變該權重。其中，可以為不同的目標納米結構設置相同的權重，即w1＝w2＝
…
＝wn；或者，由于所確定的n個目標納米結構最終用于設計超表面，為保證該超表面的整體透射率較好，可以基于超表面所需的每種調制相位對應的納米結構的數量來設置相應的目標納米結構的權重，且二者之間為正相關關系，例如，二者之間為正比例關系。基于超表面中每種納米結構的數量來確定相應目標納米結構的權重，可以使得所設計的超表面具有更好的性能。
[0108]
例如，設計超表面需要4種納米結構，n＝4，且4種納米結構對主入射光的調制相位依次為0、π/2、π、3π/2，若所設計的超表面共需要100個納米結構(此處僅為舉例說明，實際中所需的納米結構數量遠大于100)，其中，需要10個調制相位為0的納米結構、需要20個調制相位為π/2的納米結構、需要30個調制相位為π的納米結構、需要40個調制相位為3π/2的納米結構，相應地，可以將對主入射光的調制相位分別為0、π/2、π、3π/2的4種目標納米結構的權重依次設為0.1、0.2、0.3、0.4。
[0109]
并且，本發明實施例中，可以獲取每個目標納米結構在不同入射角度下的透射率；例如，若入射角度共具有m個，則以確定任一目標納米結構對任一入射角度的透射率，并以t
i,j
表示第i個目標納米結構在第j個入射角度的入射光下的透射率，其中，i＝1,2,
…
,n；j＝1,2,
…
,m。在確定第j個入射角度下n個目標納米結構的透射率后，即可基于上式(1)確定該第j個入射角度對應的第一平均透射率tj。
[0110]
本發明實施例中，可以在廣角所對應的范圍內選取m個間隔均勻的角度作為需要分析的入射角度。例如，廣角的范圍為0～30
°
，則可以設置0、1
°
、2
°
、
…
、30
°
共31個入射角度，即m＝31。之后可以確定每個入射角度對應的第一平均透射率tj。其中，主入射角度也為其中一個入射角度。
[0111]
步驟a2：在至少一個第一平均透射率低于第一預設透射率閾值的情況下，確定至少一個目標納米結構不滿足廣角成像透射率要求。
[0112]
本發明實施例中，該第一平均透射率表示整個納米結構集的整體性能，若其中一個或多個入射角度對應的第一平均透射率低于第一預設透射率閾值，則說明該納米結構集的整體性能不滿足要求，該納米結構集中至少有一個目標納米結構是不滿足廣角成像透射率要求的，即存在不滿足廣角成像要求的目標納米結構，此時需要執行上述步驟1022。相反地，若所有入射角度對應的第一平均透射率均不低于(大于或等于)該第一預設透射率閾值，則說明該納米結構集滿足所需的要求，此時可以認為該納米結構集中所有目標納米結構均滿足廣角成像透射率要求。
[0113]
可選地，由于超表面一般主要工作于主入射角度對應的場景，對主入射角度的透射率要求可以設置得更高。具體地，本發明實施例中，設置比第一預設透射率閾值更大的第二預設透射率閾值，并對主入射角度對應的第一平均透射率進行判斷，若該主入射角度對應的第一平均透射率低于第二預設透射率閾值，則也認為該納米結構集不符合要求。相反
地，在所有第一平均透射率均不低于第一預設透射率閾值、且主入射角度對應的第一平均透射率不低于第二預設透射率閾值的情況下，確定所有目標納米結構均滿足廣角成像透射率要求，可以利用這些目標納米結構設計超表面。例如，該第一預設透射率閾值可以為0.8，該第二預設透射率閾值可以為0.9。
[0114]
可選地，若整體的第一平均透射率不滿足要求，可以進一步基于每個目標納米結構自身的透射率來確定具體哪個或哪些目標納米結構不滿足廣角成像透射率要求，具體地，上述步驟a2“確定至少一個目標納米結構不滿足廣角成像透射率要求”可以包括以下步驟a21。
[0115]
步驟a21：將具有最低透射率或具有最低第二平均透射率的目標納米結構作為不滿足廣角成像透射率要求的目標納米結構；第二平均透射率為目標納米結構在多個入射角度的入射光下的透射率的平均值。
[0116]
本發明實施例中，若與其他目標納米結構相比，某目標納米結構具有最低的透射率，則可以認為該目標納米結構不滿足廣角成像透射率要求。或者，也可以確定每個目標納米結構自身的平均透射率，即第二平均透射率，若某目標納米結構具有最低的第二平均透射率，則可以認為該目標納米結構不滿足廣角成像透射率要求。具體地，本發明實施例將目標納米結構在多個入射角度的入射光下的透射率的平均值作為該目標納米結構的第二平均透射率。例如，對于第i個目標納米結構，其在第j個入射角度的入射光下的透射率為t
i,j
，則該第i個目標納米結構的第二平均透射率滿足：其中，m表示入射角度的種類數。
[0117]
需要說明的是，在需要確定具體哪個目標納米結構不滿足廣角成像透射率要求，可以只將最低透射率或最低第二平均透射率對應的目標納米結構作為不滿足廣角成像透射率要求的目標納米結構；或者，進一步地，還可以將其他透射率較低或第二平均透射率較低(例如，第二低)的目標納米結構也作為不滿足廣角成像透射率要求的目標納米結構，本發明實施例對此不做限定。
[0118]
此外可選地，也可以直接比較納米結構的透射率是否足夠大。具體地，上述更新操作還包括步驟a3-a4：
[0119]
步驟a3：判斷每個目標納米結構的透射參數是否低于第三預設透射率閾值；目標納米結構的透射參數包括：目標納米結構的透射率中的最小值，或者，目標納米結構的第二平均透射率；第二平均透射率為目標納米結構在多個入射角度的入射光下的透射率的平均值。
[0120]
步驟a4：在存在透射參數低于第三預設透射率閾值的目標納米結構的情況下，將具有最低透射參數的目標納米結構作為不滿足廣角成像透射率要求的目標納米結構。
[0121]
本發明實施例中，可以確定某個目標納米結構的透射率中的最小值，每個目標納米結構均對應一個透射率的最小值(不同于前述的最低透射率，該最低透射率為所有目標納米結構的透射率中的最小值)，或者，與上述步驟a21相似，確定目標納米結構的第二平均透射率，將該透射率的最小值或第二平均透射率作為相應目標納米結構的透射參數，通過比較該透射參數是否低于第三預設透射率閾值，來確定目標納米結構是否滿足廣角成像透射率要求；一般情況下，該第三預設透射率閾值小于第一預設透射率閾值。
[0122]
其中，若存在透射參數低于第三預設透射率閾值的目標納米結構，即至少一個目標納米結構的透射參數低于該第三預設透射率閾值，此時也可說明至少一個目標納米結構不滿足廣角成像透射率要求。本發明實施例中，可以只將具有最低透射參數(即具有最低透射率或具有最低第二平均透射率)的目標納米結構作為不滿足廣角成像透射率要求的目標納米結構；或者，進一步地，將透射參數低于第三預設透射率閾值的所有目標納米結構均作為不滿足廣角成像透射率要求的目標納米結構，具體可基于實際情況而定。
[0123]
可選地，在性能參數包括調制相位的情況下，相應地，該廣角成像要求包括廣角成像相位要求；目標納米結構的相位梯度越小，越能夠滿足廣角成像相位要求。其中，目標納米結構的相位梯度用于表示目標納米結構的調制相位的變化程度。本發明實施例中，目標納米結構的調制相位的變化程度越大，說明該目標納米結構的調制相位越可能存在突變，其與對主入射光的調制相位之間的差異越大，該目標納米結構越難滿足廣角成像相位要求。
[0124]
可選地，上述更新操作還包括以下步驟b1-b2。
[0125]
步驟b1：確定每個目標納米結構的相位梯度，目標納米結構的相位梯度包括：目標納米結構與相鄰的其他目標納米結構之間的調制相位之差隨入射角度變化所具有的變化程度，和/或，目標納米結構的調制相位隨入射角度變化所具有的變化程度。
[0126]
本發明實施例中，由于性能信息包含多個不同入射角度對應的調制相位，故以調制相位隨入射角度的變化所具有的變化程度表示目標納米結構的相位梯度。具體地，可以將目標納米結構本身的調制相位隨入射角度變化所具有的變化程度作為該目標納米結構的相位梯度；例如，目標納米結構的相位梯度滿足下式(2)或式(3)：
[0127][0128][0129]
其中，表示第i個目標納米結構在第j個入射角度處的相位梯度。
[0130]
或者，將相鄰目標納米結構之間的調制相位之差隨入射角度變化所具有的變化程度作為某個目標納米結構的相位梯度。本發明實施例中，兩個目標納米結構相鄰，指的是兩個目標納米結構對主入射光的調制相位大小相鄰。例如，基于目標納米結構對主入射光的調制相位大小對多個目標納米結構進行排序，則第i個目標納米結構與第i-1個以及第i+1個目標納米結構相鄰。例如，對于第i個目標納米結構，其在第j個入射角度處對應的相位梯度可以表示為下式(4)或式(5)：
[0131][0132][0133]
或者，也可綜合左右兩個相鄰的目標納米結構的調制相位，例如，該目標納米結構的相位梯度滿足下式(6)：
[0134]
[0135]
本領域技術人員可以理解，若n個目標納米結構對主入射光的調制相位正好能夠覆蓋0至2π，由于納米結構的調制相位是以2π為周期的，例如，0與2π、4π等本質上是相同的，因此，第1個目標納米結構與第n個目標納米結構也是相鄰的；例如，
[0136]
步驟b2：在目標納米結構的相位梯度高于相應的預設梯度閾值的情況下，確定相位梯度高于預設梯度閾值的目標納米結構不滿足廣角成像相位要求。
[0137]
本發明實施例中，無論上式(2)或式(3)所示的第一種相位梯度，或者上式(4)、式(5)或式(6)所示的第二種相位梯度，均是越小越好，即目標納米結構的相位梯度越小，越可能滿足相應的廣角成像相位要求。相反地，如上述步驟b2所示，若某目標納米結構的相位梯度高于預設梯度閾值，則可確定該目標納米結構不滿足廣角成像相位要求。
[0138]
此外，目標納米結構的相位梯度存在上述兩種，可以分別為每一種相位梯度設置相應的預設梯度閾值；在實際應用過程中，可以只確定其中一種相位梯度。或者，若確定目標納米結構的兩種相位梯度，則在其中任意一種相位梯度高于相應的預設梯度閾值的情況下，即可認為目標納米結構不滿足廣角成像相位要求；相應地，若目標納米結構的兩種相位梯度均低于相應的預設梯度閾值，則可認為該目標納米結構滿足廣角成像相位要求。
[0139]
此外可選地，可以將目標納米結構的相位梯度與預設梯度閾值直接進行比較。或者，也可通過其他方式實現間接比較。本發明實施例中，上述更新操作還可以包括步驟b3-b4。
[0140]
步驟b3：確定目標納米結構在第j個入射角度處的相位梯度與目標納米結構在主入射角度處的相位梯度之間的變化比，且變化比滿足下式(7)：
[0141][0142]
其中，表示第i個目標納米結構在第j個入射角度處的相位梯度，表示第i個目標納米結構在主入射角度處的相位梯度，r
i,j
表示第i個目標納米結構在第j個入射角度處的變化比。
[0143]
步驟b4：在變化比超過預設比值的情況下，確定目標納米結構的相位梯度高于相應的預設梯度閾值。
[0144]
本發明實施例中，上述步驟b1確定的目標納米結構的相位梯度包括多個入射角度對應的相位梯度，其也包括主入射角度對應的相位梯度，一般情況下，主入射角度處的相位變化不大，即相位梯度較小，本發明實施例以主入射角度對應的相位梯度為基準，利用相位梯度的變化比確定目標納米結構在其他入射角度處的相位梯度是否滿足要求。具體地，對于第i個目標納米結構，其在主入射角度處的相位梯度為其在其他第j個入射角度處的相位梯度為則可以基于上式(7)確定相應的變化比r
i,j
，該變化比r
i,j
可以表示相對于主入射角度目標納米結構的相位梯度的變化百分比。該變化比r
i,j
越小，說明第i個目標納米結構的相位梯度變化越小，其與主入射角度處的相位梯度越接近，越可能滿足廣角成像相位要求；相反地，若變化比r
i,j
超過預設比值，則可確定第i個目標納米結構的相位梯度高于相應的預設梯度閾值(此時，該預設梯度閾值相當于是基于相位梯度所確
定的閾值)，該第i個目標納米結構不滿足廣角成像相位要求。例如，該預設比值可以為10％。
[0145]
此外，本發明實施例中，若性能參數包含透射率和調制相位兩項，相應地，廣角成像要求包括廣角成像透射率要求和廣角成像相位要求，基于目標納米結構是否滿足廣角成像透射率要求和廣角成像相位要求，確定該目標納米結構是否滿足廣角成像要求；其中，目標納米結構滿足廣角成像透射率要求是其滿足廣角成像要求的必要條件，目標納米結構滿足廣角成像相位要求也是其滿足廣角成像要求的必要條件。例如，若目標納米結構不滿足廣角成像透射率要求、或者不滿足廣角成像相位要求，則可認為該目標納米結構不滿足廣角成像要求；若目標納米結構既滿足廣角成像透射率要求、又滿足廣角成像相位要求，則認為該目標納米結構滿足廣角成像要求。
[0146]
可選地，本發明實施例可以預先確定納米結構的性能信息，在步驟1021中需要獲取相應目標納米結構的性能信息時，可以直接查詢或調用相應的性能信息。具體地，本發明實施例中，在上述步驟102“對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作”之前，該方法還包括：
[0147]
步驟c1：對多個不同形狀的納米結構進行性能分析，確定每個納米結構的性能信息。
[0148]
本發明實施例中，預先對多個不同形狀(或者，所有不同形狀)的納米結構進行分析，可以提前確定大量納米結構的性能信息，進而建立相應的數據庫，方便后續使用。并且，在確定第一納米結構或選取第二納米結構時，也可利用該數據庫初步排除不符合要求的納米結構，例如排除透射率過低或相位梯度過大的納米結構，可以提高后續更新操作的效率，能夠更快速地確定滿足廣角成像要求的納米結構集。
[0149]
可選地，上述步驟“對多個不同形狀的納米結構進行性能分析”的一種實施方式可以參見以下步驟c11-c12。
[0150]
步驟c11：以多個同一納米結構構成與納米結構對應的測試超表面，并以不同入射角度向測試超表面出射入射光。
[0151]
本發明實施例中，在分析某一納米結構的性能信息時，構建全部由該納米結構構成的超表面，即測試超表面，該測試超表面所具有的納米結構均為該需要分析的納米結構。其中，該測試超表面一般為模擬的超表面，通過仿真測試等方式即可形成該測試超表面，并實現不同入射角度下的測試分析。
[0152]
步驟c12：將所述測試超表面在不同入射角度的入射光下的性能參數作為所述納米結構相應的性能參數。
[0153]
本發明實施例中，該測試超表面與相應的納米結構具有相同的性能參數，故通過確定該測試超表面的性能參數即可得到相應納米結構的性能參數。在確定測試超表面的性能參數的過程中，可以將某點作為參考點，確定該參考點的性能參數。例如，上述步驟c12可以包括：確定在測試超表面出光側的參考點處的性能參數，將參考點處的性能參數作為納米結構的性能參數；參考點與測試超表面的中心對應，且與測試超表面的中心之間的間距小于預設距離。在測試超表面的出光側選取參考點，通過檢測該參考點處的性能參數確定該納米結構的性能參數。其中，該參考點可以位于測試超表面的中心對應的位置，且距離測試超表面的距離較近，例如，距離1um。
[0154]
下面通過一個實施例詳細介紹該超表面的設計方法的流程。
[0155]
參見圖2所示，該超表面的設計方法包括步驟201-209。
[0156]
步驟201：對多個不同形狀的納米結構進行性能分析，確定每個納米結構的性能信息。
[0157]
其中，可以對圓柱形、方柱形、十字柱形等多種不同形狀、不同尺寸(例如，不同的高度、半徑、周期等)的納米結構進行性能分析，確定每個納米結構在不同入射角度下對應的透射率和調制相位。并且，本發明實施例中的主入射角度為0
°
，即主入射光為正入射的光線，且性能分析的角度范圍為0～30
°
；相應地，該性能信息包括0～30
°
對應的透射率和調制相位。
[0158]
步驟202：確定8個第一納米結構，不同的第一納米結構對主入射光的調制相位不同。
[0159]
本發明實施例中，選取8個離散相位點8個第一納米結構對主入射光的調制相位分別滿足上述8個離散相位點。為方便描述，本發明實施例按照所調制相位的大小對8個第一納米結構進行排序：第一納米結構1表示序號為1的第一納米結構，其對主入射光的調制相位為0；第一納米結構2表示序號為2的第一納米結構，其對主入射光的調制相位為
……
，第一納米結構8表示序號為8的第一納米結構，其對主入射光的調制相位分別為
[0160]
步驟203：將8個第一納米結構分別作為相應的目標納米結構，生成最初的納米結構集。
[0161]
相應地，目標納米結構1表示序號為1的目標納米結構，其對主入射光的調制相位為0；目標納米結構2表示序號為2的目標納米結構，其對主入射光的調制相位為
……
，目標納米結構8表示序號為8的目標納米結構，其對主入射光的調制相位分別為
[0162]
步驟204：獲取8個目標納米結構的性能信息。
[0163]
其中，若該8個目標納米結構為上述的8個第一納米結構，則可以基于上述步驟201所確定的數據查詢得到該8個目標納米結構的性能信息；或者，若該8個目標納米結構中包含新替換的目標納米結構，此時只需要獲取該新替換的性能信息。
[0164]
本發明實施例中，所設計的超表面以硅(si)作為納米結構的材料，以二氧化硅(sio2)作為納米結構的襯底；并且，納米結構的高度和周期是預設的，通過改變納米結構的截面尺寸(如半徑、直徑等)來改變納米結構的相位調制效果，即不同截面尺寸的納米結構，具有不同的調制相位。本發明實施例中，超表面中納米結構的高度為600nm，周期為490nm，其工作波長為850nm。本發明實施例選取圓柱形的納米結構作為第一納米結構，經分析，直徑d分別為d＝150,166,176,184,188,193,200,213(單位，nm)的納米結構可滿足上述8個離散相位點的要求，將其依次編號1至8，并作為初始的8個目標納米結構。
[0165]
其中，初始的8個目標納米結構均為圓柱形，圓柱形的目標納米結構的示意圖可參見圖3所示；并且，8個目標納米結構的性能信息可參見圖4a和圖4b所示，圖4a和圖4b中的1
至8表示8個目標納米結構的序號。其中，圖4a表示8個圓柱形的目標納米結構在不同入射角下的透射率，圖4b表示8個圓柱形的目標納米結構在不同入射角下的相位(即上述的調制相位，單位為rad)。由圖4a、4b可知，目標納米結構2、3、4、5在部分入射角下的透射率較小，目標納米結構3、4、5的相位梯度較大。
[0166]
圖5a和圖5b示出了入射角為0
°
和30
°
下不同目標納米結構的透射率和相位。由圖5a和圖5b可知，雖然8個目標納米結構基本可以實現0至2π的相位全覆蓋，且如圖5a所示，正入射時各目標納米結構均表現為高于0.9的透射率，但如圖5b所示，在入射角為30
°
時，序號為3、4、5的目標納米結構的透射率均低于0.6，甚至最小透射率約為0.2。如果將上述8個目標納米結構用于設計制造超表面，則該超表面只能在小角度范圍內使用，在大角度時光學性能將急劇下降。通過本發明實施例提供的方法，可以篩選并替換其中較差的目標納米結構，具體可參見如下所示的步驟。
[0167]
步驟205：確定每個入射角度對應的第一平均透射率，并確定每個目標納米結構的相位梯度。
[0168]
步驟206：判斷第一平均透射率是否高于第一預設透射率閾值，且相位梯度是否低于預設梯度閾值，若是，執行步驟208，否則執行步驟207。
[0169]
步驟207：確定不滿足廣角成像要求的目標納米結構，并用新的第二納米結構代替該不滿足廣角成像要求的目標納米結構，生成新的納米結構集，并重新執行步驟204。其中，步驟204-207為更新操作。
[0170]
本發明實施例中，若第一平均透射率不高于第一預設透射率閾值，說明存在不滿足廣角成像透射率要求的目標納米結構；具體地，如上述步驟a21所示，可以將具有最低透射率或具有最低第二平均透射率的目標納米結構作為不滿足廣角成像透射率要求的目標納米結構。若目標納米結構的相位梯度不低于預設梯度閾值，說明該目標納米結構不滿足廣角成像相位要求。本發明實施例可以將不滿足廣角成像透射率要求和/或不滿足廣角成像相位要求的目標納米結構作為不滿足廣角成像要求的目標納米結構，并用新的第二納米結構代替，該第二納米結構作為新的目標納米結構，進而可以生成新的包含8個目標納米結構的納米結構集。
[0171]
如上所述，本發明實施例所選取的圓柱形的目標納米結構3(即序號為3的目標納米結構)的透射率和相位均不滿足要求，其透射率較低，且相位梯度較大，故該目標納米結構3為一個不滿足廣角成像要求的目標納米結構；本發明實施例選取十字柱形的納米結構作為第二納米結構，并替換圓柱形的目標納米結構3，形成新的目標納米結構3以及新的納米結構集。其中，該十字柱形的納米結構的示意圖可參見圖6所示，更換目標納米結構3形成新的納米結構集的示意圖可參見圖7所示。
[0172]
本發明實施例中，圓柱形的目標納米結構2、3、4的性能均較差，可以在一次更新操作中一次性替換這三個目標納米結構。具體地，本發明實施例中以三個十字柱形的第二納米結構替換圓柱形的目標納米結構2、3、4。十字柱形的臂長a和臂寬b的定義可參見圖6所示，且其高度h不變，仍然為600nm；經測試，臂長a＝428,480,460nm、臂寬b＝143,160,130nm的三個十字柱形納米結構對正入射光線(即主入射光)的調制相位分別約為三者可以替換圓柱形的目標納米結構2、3、4。
[0173]
圖5b所對應的參數具體可參見下表1，表1示出了在入射角度為30
°
時，圓柱形的8個目標納米結構的參數。
[0174]
表1
[0175][0176][0177]
所選的三個十字柱形納米結構的參數可參見下表2所示。
[0178]
表2
[0179][0180]
對比表1和表2可知，這三個十字柱形的第二納米結構比圓柱形的目標納米結構2、3、4具有更優的性能，將三個十字柱形的第二納米結構作為新的目標納米結構2、3、4，可以提升新的納米結構集的整體性能。
[0181]
并且，本發明實施例還提供了序號為2的目標納米結構的透射率和相位隨入射角的變化情況，具體可參見圖8a和圖8b所示；其中，每個圖均對應有圓柱形的目標納米結構和十字柱形目標納米結構。基于圖8a和圖8b可知，十字柱形的目標納米結構2的透射率在所分析的全角度范圍內(即0～30
°
范圍內)都表現為較高透射率，而且相位突變不明顯。因此，本發明實施例中，通過將圓柱形的目標納米結構替換為十字柱形的第二納米結構，可以提升新的納米結構集的透射率和調制相位等性能。
[0182]
在生成新的納米結構集之后，即可執行下一輪的更新操作，即可以重新執行上述步驟204，進而確定該新的納米結構集中目標納米結構的透射率和相位梯度等，以判斷其是否滿足相位成像要求。
[0183]
本發明實施例以表2所對應的三個十字柱形納米結構(第二納米結構)替換圓柱形的目標納米結構2、3、4，可以得到替換后結構(包含5個圓柱形納米結構和3個十字柱形納米結構)，替換后結構的第一平均透射率具體可參見圖9所示；并且，圖9對比示出了原全圓柱
結構(包含8個圓柱形納米結構)的第一平均透射率，圖9縱坐標的平均透射率為第一平均透射率。由圖9可知，替換后結構在正入射有高于0.9的第一平均透射率，而且大角度下的透射率仍保持高于0.85的較高數值；不同于替換前全為圓柱結構時的低第一平均透射率的狀況。替換后的納米結構集透射率更優。類似地，也可分析替換后的納米結構集的相位梯度，本實施例對此不做詳述。
[0184]
步驟208：確定當前的納米結構集符合廣角成像要求。
[0185]
本發明實施例中，若所有的第一平均透射率均高于第一預設透射率閾值，則可認為8個目標納米結構均滿足廣角成像透射率要求；若每個目標納米結構的相位梯度均低于預設梯度閾值，則可認為8個目標納米結構均滿足廣角成像相位要求。此時可認為8個目標納米結構均滿足廣角成像要求，即當前的納米結構集(包括當前的8個目標納米結構)符合廣角成像要求，可用于設計超表面。
[0186]
步驟209：基于當前的納米結構集設計超表面。
[0187]
本發明實施例提供的超表面的設計方法，通過分析不同幾何形狀的納米結構在不同入射角的光學響應情況(包括透射率、調制相位)，采用替換納米結構的方式，可以將透射率低、相位突變的納米結構替換為主入射光調制相位相同的其它幾何形狀的納米結構，在盡量減少初步設計結構改變的基礎上提高所設計的超表面的整體性能，大角度斜入射時也具有較優的透射率和調制相位。
[0188]
上文詳細描述了本發明實施例提供的超表面的設計方法，該方法也可以通過相應的裝置實現，下面詳細描述本發明實施例提供的超表面的設計裝置。
[0189]
圖10示出了本發明實施例所提供的一種超表面的設計裝置的結構示意圖。如圖10所示，該超表面的設計裝置包括：
[0190]
初始模塊11，用于確定n個第一納米結構，不同的所述第一納米結構對主入射光的調制相位不同；所述主入射光為以主入射角度入射的入射光，n≥2；
[0191]
更新模塊12，用于對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作，直至所述納米結構集中所有所述目標納米結構均滿足廣角成像要求；最初的所述目標納米結構為相應的所述第一納米結構；
[0192]
設計模塊13，用于基于所述納米結構集設計超表面；
[0193]
其中，所述更新模塊12包括獲取單元121和更新單元122；
[0194]
所述獲取單元121用于，獲取每個所述目標納米結構的性能信息，所述性能信息包括在不同入射角度的入射光下所述目標納米結構的性能參數，所述性能參數包括透射率和/或調制相位；所述目標納米結構的性能信息用于判斷所述目標納米結構是否滿足廣角成像要求；
[0195]
所述更新單元122用于，在存在不滿足廣角成像要求的目標納米結構的情況下，選取新的第二納米結構，并以所述第二納米結構代替所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構，生成新的納米結構集；所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構對所述主入射光的調制相位相同，且所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構具有不同的形狀。
[0196]
在一種可能的實現方式中，在所述性能參數包括透射率的情況下，所述廣角成像要求包括廣角成像透射率要求；所述目標納米結構在不同入射角度的入射光下的透射率越
大，越能夠滿足所述廣角成像透射率要求。
[0197]
在一種可能的實現方式中，所述更新模塊12所執行的更新操作還包括：
[0198]
確定每個所述入射角度對應的第一平均透射率，所述第一平均透射率為多個所述目標納米結構在所述入射角度的入射光下的透射率的加權平均值；
[0199]
在至少一個所述第一平均透射率低于第一預設透射率閾值的情況下，確定至少一個目標納米結構不滿足所述廣角成像透射率要求。
[0200]
在一種可能的實現方式中，所述更新模塊12所執行的確定每個所述入射角度對應的第一平均透射率，包括：
[0201]
確定每個所述目標納米結構的權重，根據所述權重對多個所述目標納米結構在所述入射角度的入射光下的透射率進行加權處理，得到所述入射角度對應的第一平均透射率；不同的所述目標納米結構的權重相同，或者，所述目標納米結構的權重與所述超表面中與所述目標納米結構對應同一調制相位的納米結構的數量之間為正相關關系；
[0202]
所述第一平均透射率滿足：
[0203][0204]
其中，wi表示第i個目標納米結構的權重，t
i,j
表示第i個目標納米結構在第j個入射角度的入射光下的透射率，表示第j個入射角度對應的第一平均透射率。
[0205]
在一種可能的實現方式中，所述更新模塊12所執行的確定至少一個目標納米結構不滿足所述廣角成像透射率要求，包括：
[0206]
將具有最低透射率或具有最低第二平均透射率的目標納米結構作為不滿足所述廣角成像透射率要求的目標納米結構；所述第二平均透射率為所述目標納米結構在多個所述入射角度的入射光下的透射率的平均值。
[0207]
在一種可能的實現方式中，所述更新模塊12所執行的更新操作還包括：
[0208]
在所有所述第一平均透射率均不低于第一預設透射率閾值的情況下，確定所有所述目標納米結構均滿足所述廣角成像透射率要求；
[0209]
或者，在所有所述第一平均透射率均不低于第一預設透射率閾值、且所述主入射角度對應的第一平均透射率不低于第二預設透射率閾值的情況下，確定所有所述目標納米結構均滿足所述廣角成像透射率要求；所述第二預設透射率閾值大于所述第一預設透射率閾值。
[0210]
在一種可能的實現方式中，所述更新模塊12所執行的更新操作還包括：
[0211]
判斷每個所述目標納米結構的透射參數是否低于第三預設透射率閾值；所述目標納米結構的透射參數包括：所述目標納米結構的透射率中的最小值，或者，所述目標納米結構的第二平均透射率；所述第二平均透射率為所述目標納米結構在多個所述入射角度的入射光下的透射率的平均值；
[0212]
在存在透射參數低于第三預設透射率閾值的目標納米結構的情況下，將具有最低透射參數的目標納米結構作為不滿足所述廣角成像透射率要求的目標納米結構。
[0213]
在一種可能的實現方式中，在所述性能參數包括調制相位的情況下，所述廣角成像要求包括廣角成像相位要求；所述目標納米結構的相位梯度越小，越能夠滿足所述廣角
成像相位要求；其中，所述目標納米結構的相位梯度用于表示所述目標納米結構的調制相位的變化程度。
[0214]
在一種可能的實現方式中，所述更新模塊12所執行的更新操作還包括：
[0215]
確定每個所述目標納米結構的相位梯度，所述目標納米結構的相位梯度包括：所述目標納米結構與相鄰的其他目標納米結構之間的調制相位之差隨入射角度變化所具有的變化程度，和/或，所述目標納米結構的調制相位隨入射角度變化所具有的變化程度；
[0216]
在所述目標納米結構的相位梯度高于相應的預設梯度閾值的情況下，確定相位梯度高于預設梯度閾值的目標納米結構不滿足所述廣角成像相位要求。
[0217]
在一種可能的實現方式中，所述更新模塊12所執行的更新操作還包括：
[0218]
確定所述目標納米結構在第j個入射角度處的相位梯度與所述目標納米結構在所述主入射角度處的相位梯度之間的變化比，且所述變化比滿足：
[0219][0220]
其中，表示第i個目標納米結構在第j個入射角度處的相位梯度，表示第i個目標納米結構在所述主入射角度處的相位梯度，r
i,j
表示第i個目標納米結構在第j個入射角度處的變化比；
[0221]
在所述變化比超過預設比值的情況下，確定所述目標納米結構的相位梯度高于相應的預設梯度閾值。
[0222]
在一種可能的實現方式中，該裝置還包括分析模塊；
[0223]
所述分析模塊用于，在所述更新模塊12對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作之前，對多個不同形狀的納米結構進行性能分析，確定每個所述納米結構的性能信息。
[0224]
在一種可能的實現方式中，所述分析模塊對多個不同形狀的納米結構進行性能分析，包括：
[0225]
以多個同一所述納米結構構成與所述納米結構對應的測試超表面，并以不同入射角度向所述測試超表面出射入射光；
[0226]
將所述測試超表面在不同入射角度的入射光下的性能參數作為所述納米結構相應的性能參數。
[0227]
在一種可能的實現方式中，所述第二納米結構與對所述主入射光具有同一調制相位的第一納米結構以及對所述主入射光具有同一調制相位的曾經選取的其他第二納米結構均形狀不同。
[0228]
在一種可能的實現方式中，所述主入射角度為0
°±
δ，δ表示在誤差允許范圍內的角度值。
[0229]
在一種可能的實現方式中，n個所述第一納米結構對主入射光的調制相位至少能夠覆蓋0至2π。
[0230]
在一種可能的實現方式中，n大于或等于8。
[0231]
在一種可能的實現方式中，所述第一納米結構與所述第二納米結構均為偏振相關結構；或者，所述第一納米結構與所述第二納米結構均為偏振不相關結構。
[0232]
本發明實施例還提供一種超表面的設計裝置，所述設計裝置包括：處理器，所述處理器用于執行存儲在存儲器中的計算機程序，以實現上述任一方法實施例提供的超表面的設計方法。
[0233]
例如，所述超表面的設計裝置包括處理器和存儲器；所述存儲器被配置為存儲計算機程序；所述處理器被配置為能夠執行所述計算機程序，以使所述超表面的設計裝置能夠執行以下操作：
[0234]
確定n個第一納米結構，不同的所述第一納米結構對主入射光的調制相位不同；所述主入射光為以主入射角度入射的入射光，n≥2；
[0235]
對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作，直至所述納米結構集中所有所述目標納米結構均滿足廣角成像要求；最初的所述目標納米結構為相應的所述第一納米結構；
[0236]
基于所述納米結構集設計超表面；
[0237]
其中，所述更新操作包括：
[0238]
獲取每個所述目標納米結構的性能信息，所述性能信息包括在不同入射角度的入射光下所述目標納米結構的性能參數，所述性能參數包括透射率和/或調制相位；所述目標納米結構的性能信息用于判斷所述目標納米結構是否滿足廣角成像要求；
[0239]
在存在不滿足廣角成像要求的目標納米結構的情況下，選取新的第二納米結構，并以所述第二納米結構代替所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構，生成新的納米結構集；所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構對所述主入射光的調制相位相同，且所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構具有不同的形狀。
[0240]
此外，本發明實施例還提供了一種電子設備，包括總線、收發器、存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，該收發器、該存儲器和處理器分別通過總線相連，計算機程序被處理器執行時實現上述超表面的設計方法實施例的各個過程，且能達到相同的技術效果，為避免重復，這里不再贅述。
[0241]
具體的，參見圖11所示，本發明實施例還提供了一種電子設備，該電子設備包括總線1110、處理器1120、收發器1130、總線接口1140、存儲器1150和用戶接口1160。
[0242]
在本發明實施例中，該電子設備還包括：存儲在存儲器1150上并可在處理器1120上運行的計算機程序，計算機程序被處理器1120執行時實現上述超表面的設計方法實施例的各個過程。
[0243]
收發器1130，用于在處理器1120的控制下接收和發送數據。
[0244]
本發明實施例中，總線架構(用總線1110來代表)，總線1110可以包括任意數量互聯的總線和橋，總線1110將包括由處理器1120代表的一個或多個處理器與存儲器1150代表的存儲器的各種電路連接在一起。
[0245]
總線1110表示若干類型的總線結構中的任何一種總線結構中的一個或多個，包括存儲器總線以及存儲器控制器、外圍總線、加速圖形端口(accelerate graphical port，agp)、處理器或使用各種總線體系結構中的任意總線結構的局域總線。作為示例而非限制，這樣的體系結構包括：工業標準體系結構(industry standard architecture，isa)總線、微通道體系結構(micro channel architecture，mca)總線、擴展isa(enhanced isa，eisa)
總線、視頻電子標準協會(video electronics standards association，vesa)、外圍部件互連(peripheral component interconnect，pci)總線。
[0246]
處理器1120可以是一種集成電路芯片，具有信號處理能力。在實現過程中，上述方法實施例的各步驟可以通過處理器中硬件的集成邏輯電路或軟件形式的指令完成。上述的處理器包括：通用處理器、中央處理器(central processing unit，cpu)、網絡處理器(network processor，np)、數字信號處理器(digital signal processor，dsp)、專用集成電路(application specific integrated circuit，asic)、現場可編程門陣列(field programmable gate array，fpga)、復雜可編程邏輯器件(complex programmable logic device，cpld)、可編程邏輯陣列(programmable logic array，pla)、微控制單元(microcontroller unit，mcu)或其他可編程邏輯器件、分立門、晶體管邏輯器件、分立硬件組件。可以實現或執行本發明實施例中公開的各方法、步驟及邏輯框圖。例如，處理器可以是單核處理器或多核處理器，處理器可以集成于單顆芯片或位于多顆不同的芯片。
[0247]
處理器1120可以是微處理器或任何常規的處理器。結合本發明實施例所公開的方法步驟可以直接由硬件譯碼處理器執行完成，或者由譯碼處理器中的硬件及軟件模塊組合執行完成。軟件模塊可以位于隨機存取存儲器(random access memory，ram)、閃存(flash memory)、只讀存儲器(read-only memory，rom)、可編程只讀存儲器(programmable rom，prom)、可擦除可編程只讀存儲器(erasable prom，eprom)、寄存器等本領域公知的可讀存儲介質中。所述可讀存儲介質位于存儲器中，處理器讀取存儲器中的信息，結合其硬件完成上述方法的步驟。
[0248]
總線1110還可以將，例如外圍設備、穩壓器或功率管理電路等各種其他電路連接在一起，總線接口1140在總線1110和收發器1130之間提供接口，這些都是本領域所公知的。因此，本發明實施例不再對其進行進一步描述。
[0249]
收發器1130可以是一個元件，也可以是多個元件，例如多個接收器和發送器，提供用于在傳輸介質上與各種其他裝置通信的單元。例如：收發器1130從其他設備接收外部數據，收發器1130用于將處理器1120處理后的數據發送給其他設備。取決于計算機系統的性質，還可以提供用戶接口1160，例如：觸摸屏、物理鍵盤、顯示器、鼠標、揚聲器、麥克風、軌跡球、操縱桿、觸控筆。
[0250]
應理解，在本發明實施例中，存儲器1150可進一步包括相對于處理器1120遠程設置的存儲器，這些遠程設置的存儲器可以通過網絡連接至服務器。上述網絡的一個或多個部分可以是自組織網絡(ad hoc network)、內聯網(intranet)、外聯網(extranet)、虛擬專用網(vpn)、局域網(lan)、無線局域網(wlan)、廣域網(wan)、無線廣域網(wwan)、城域網(man)、互聯網(internet)、公共交換電話網(pstn)、普通老式電話業務網(pots)、蜂窩電話網、無線網絡、無線保真(wi-fi)網絡以及兩個或更多個上述網絡的組合。例如，蜂窩電話網和無線網絡可以是全球移動通信(gsm)系統、碼分多址(cdma)系統、全球微波互聯接入(wimax)系統、通用分組無線業務(gprs)系統、寬帶碼分多址(wcdma)系統、長期演進(lte)系統、lte頻分雙工(fdd)系統、lte時分雙工(tdd)系統、先進長期演進(lte-a)系統、通用移動通信(umts)系統、增強移動寬帶(enhance mobile broadband，embb)系統、海量機器類通信(massive machine type of communication，mmtc)系統、超可靠低時延通信(ultra reliable low latency communications，urllc)系統等。
[0251]
應理解，本發明實施例中的存儲器1150可以是易失性存儲器或非易失性存儲器，或可包括易失性存儲器和非易失性存儲器兩者。其中，非易失性存儲器包括：只讀存儲器(read-only memory，rom)、可編程只讀存儲器(programmable rom，prom)、可擦除可編程只讀存儲器(erasable prom，eprom)、電可擦除可編程只讀存儲器(electrically eprom，eeprom)或閃存(flash memory)。
[0252]
易失性存儲器包括：隨機存取存儲器(random access memory，ram)，其用作外部高速緩存。通過示例性但不是限制性說明，許多形式的ram可用，例如：靜態隨機存取存儲器(static ram，sram)、動態隨機存取存儲器(dynamic ram，dram)、同步動態隨機存取存儲器(synchronous dram，sdram)、雙倍數據速率同步動態隨機存取存儲器(double data rate sdram，ddrsdram)、增強型同步動態隨機存取存儲器(enhanced sdram，esdram)、同步連接動態隨機存取存儲器(synchlink dram，sldram)和直接內存總線隨機存取存儲器(direct rambus ram，drram)。本發明實施例描述的電子設備的存儲器1150包括但不限于上述和任意其他適合類型的存儲器。
[0253]
在本發明實施例中，存儲器1150存儲了操作系統1151和應用程序1152的如下元素：可執行模塊、數據結構，或者其子集，或者其擴展集。
[0254]
具體而言，操作系統1151包含各種系統程序，例如：框架層、核心庫層、驅動層等，用于實現各種基礎業務以及處理基于硬件的任務。應用程序1152包含各種應用程序，例如：媒體播放器(media player)、瀏覽器(browser)，用于實現各種應用業務。實現本發明實施例方法的程序可以包含在應用程序1152中。應用程序1152包括：小程序、對象、組件、邏輯、數據結構以及其他執行特定任務或實現特定抽象數據類型的計算機系統可執行指令。
[0255]
此外，本發明實施例還提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現上述超表面的設計方法實施例的各個過程，且能達到相同的技術效果，為避免重復，這里不再贅述。
[0256]
計算機可讀存儲介質包括：永久性和非永久性、可移動和非可移動媒體，是可以保留和存儲供指令執行設備所使用指令的有形設備。計算機可讀存儲介質包括：電子存儲設備、磁存儲設備、光存儲設備、電磁存儲設備、半導體存儲設備以及上述任意合適的組合。計算機可讀存儲介質包括：相變內存(pram)、靜態隨機存取存儲器(sram)、動態隨機存取存儲器(dram)、其他類型的隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、非易失性隨機存取存儲器(nvram)、電可擦除可編程只讀存儲器(eeprom)、快閃記憶體或其他內存技術、光盤只讀存儲器(cd-rom)、數字多功能光盤(dvd)或其他光學存儲、磁盒式磁帶存儲、磁帶磁盤存儲或其他磁性存儲設備、記憶棒、機械編碼裝置(例如在其上記錄有指令的凹槽中的穿孔卡或凸起結構)或任何其他非傳輸介質、可用于存儲可以被計算設備訪問的信息。按照本發明實施例中的界定，計算機可讀存儲介質不包括暫時信號本身，例如無線電波或其他自由傳播的電磁波、通過波導或其他傳輸介質傳播的電磁波(例如穿過光纖電纜的光脈沖)或通過導線傳輸的電信號。
[0257]
在本技術所提供的幾個實施例中，應該理解到，所披露的裝置、電子設備和方法，可以通過其他的方式實現。例如，以上描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述模塊或單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或可以集成到另一個系統，或一些特征可以忽略，或不執行。另外，所顯
示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口、裝置或單元的間接耦合或通信連接，也可以是電的、機械的或其他的形式連接。
[0258]
所述作為分離部件說明的單元可以是或也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或也可以不是物理單元，既可以位于一個位置，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或全部單元來解決本發明實施例方案要解決的問題。
[0259]
另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以是兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現，也可以采用軟件功能單元的形式實現。
[0260]
所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀存儲介質中。基于這樣的理解，本發明實施例的技術方案本質上或者說對現有技術作出貢獻的部分，或者該技術方案的全部或部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(包括：個人計算機、服務器、數據中心或其他網絡設備)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而上述存儲介質包括如前述所列舉的各種可以存儲程序代碼的介質。
[0261]
在本發明實施例的描述中，所屬技術領域的技術人員應當知道，本發明實施例可以實現為方法、裝置、電子設備及計算機可讀存儲介質。因此，本發明實施例可以具體實現為以下形式：完全的硬件、完全的軟件(包括固件、駐留軟件、微代碼等)、硬件和軟件結合的形式。此外，在一些實施例中，本發明實施例還可以實現為在一個或多個計算機可讀存儲介質中的計算機程序產品的形式，該計算機可讀存儲介質中包含計算機程序代碼。
[0262]
上述計算機可讀存儲介質可以采用一個或多個計算機可讀存儲介質的任意組合。計算機可讀存儲介質包括：電、磁、光、電磁、紅外或半導體的系統、裝置或器件，或者以上任意的組合。計算機可讀存儲介質更具體的例子包括：便攜式計算機磁盤、硬盤、隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、可擦除可編程只讀存儲器(eprom)、閃存(flash memory)、光纖、光盤只讀存儲器(cd-rom)、光存儲器件、磁存儲器件或以上任意組合。在本發明實施例中，計算機可讀存儲介質可以是任意包含或存儲程序的有形介質，該程序可以被指令執行系統、裝置、器件使用或與其結合使用。
[0263]
上述計算機可讀存儲介質包含的計算機程序代碼可以用任意適當的介質傳輸，包括：無線、電線、光纜、射頻(radio frequency，rf)或者以上任意合適的組合。
[0264]
可以以匯編指令、指令集架構(isa)指令、機器指令、機器相關指令、微代碼、固件指令、狀態設置數據、集成電路配置數據或以一種或多種程序設計語言或其組合來編寫用于執行本發明實施例操作的計算機程序代碼，所述程序設計語言包括面向對象的程序設計語言，例如：java、smalltalk、c++，還包括常規的過程式程序設計語言，例如：c語言或類似的程序設計語言。計算機程序代碼可以完全的在用戶計算機上執行、部分的在用戶計算機上執行、作為一個獨立的軟件包執行、部分在用戶計算機上部分在遠程計算機上執行以及完全在遠程計算機或服務器上執行。在涉及遠程計算機的情形中，遠程計算機可以通過任意種類的網絡，包括：局域網(lan)或廣域網(wan)，可以連接到用戶計算機，也可以連接到外部計算機。
[0265]
本發明實施例通過流程圖和/或方框圖描述所提供的方法、裝置、電子設備。
[0266]
應當理解，流程圖和/或方框圖的每個方框以及流程圖和/或方框圖中各方框的組合，都可以由計算機可讀程序指令實現。這些計算機可讀程序指令可以提供給通用計算機、專用計算機或其他可編程數據處理裝置的處理器，從而生產出一種機器，這些計算機可讀程序指令通過計算機或其他可編程數據處理裝置執行，產生了實現流程圖和/或方框圖中的方框規定的功能/操作的裝置。
[0267]
也可以將這些計算機可讀程序指令存儲在能使得計算機或其他可編程數據處理裝置以特定方式工作的計算機可讀存儲介質中。這樣，存儲在計算機可讀存儲介質中的指令就產生出一個包括實現流程圖和/或方框圖中的方框規定的功能/操作的指令裝置產品。
[0268]
也可以將計算機可讀程序指令加載到計算機、其他可編程數據處理裝置或其他設備上，使得在計算機、其他可編程數據處理裝置或其他設備上執行一系列操作步驟，以產生計算機實現的過程，從而使得在計算機或其他可編程數據處理裝置上執行的指令能夠提供實現流程圖和/或方框圖中的方框規定的功能/操作的過程。
[0269]
以上所述，僅為本發明實施例的具體實施方式，但本發明實施例的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明實施例披露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明實施例的保護范圍之內。因此，本發明實施例的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。
技術特征：
1.一種超表面的設計方法，其特征在于，包括：確定n個第一納米結構，不同的所述第一納米結構對主入射光的調制相位不同；所述主入射光為以主入射角度入射的入射光，n≥2；對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作，直至所述納米結構集中所有所述目標納米結構均滿足廣角成像要求；最初的所述目標納米結構為相應的所述第一納米結構；基于所述納米結構集設計超表面；其中，所述更新操作包括：獲取每個所述目標納米結構的性能信息，所述性能信息包括在不同入射角度的入射光下所述目標納米結構的性能參數，所述性能參數包括透射率和/或調制相位；所述目標納米結構的性能信息用于判斷所述目標納米結構是否滿足廣角成像要求；在存在不滿足廣角成像要求的目標納米結構的情況下，選取新的第二納米結構，并以所述第二納米結構代替所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構，生成新的納米結構集；所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構對所述主入射光的調制相位相同，且所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構具有不同的形狀。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述性能參數包括透射率的情況下，所述廣角成像要求包括廣角成像透射率要求；所述目標納米結構在不同入射角度的入射光下的透射率越大，越能夠滿足所述廣角成像透射率要求。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述更新操作還包括：確定每個所述入射角度對應的第一平均透射率，所述第一平均透射率為多個所述目標納米結構在所述入射角度的入射光下的透射率的加權平均值；在至少一個所述第一平均透射率低于第一預設透射率閾值的情況下，確定至少一個目標納米結構不滿足所述廣角成像透射率要求。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述確定每個所述入射角度對應的第一平均透射率，包括：確定每個所述目標納米結構的權重，根據所述權重對多個所述目標納米結構在所述入射角度的入射光下的透射率進行加權處理，得到所述入射角度對應的第一平均透射率；不同的所述目標納米結構的權重相同，或者，所述目標納米結構的權重與所述超表面中與所述目標納米結構對應同一調制相位的納米結構的數量之間為正相關關系；所述第一平均透射率滿足：其中，w
i
表示第i個目標納米結構的權重，t
i,j
表示第i個目標納米結構在第j個入射角度的入射光下的透射率，表示第j個入射角度對應的第一平均透射率。5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述確定至少一個目標納米結構不滿足所述廣角成像透射率要求，包括：將具有最低透射率或具有最低第二平均透射率的目標納米結構作為不滿足所述廣角
成像透射率要求的目標納米結構；所述第二平均透射率為所述目標納米結構在多個所述入射角度的入射光下的透射率的平均值。6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述更新操作還包括：在所有所述第一平均透射率均不低于第一預設透射率閾值的情況下，確定所有所述目標納米結構均滿足所述廣角成像透射率要求；或者，在所有所述第一平均透射率均不低于第一預設透射率閾值、且所述主入射角度對應的第一平均透射率不低于第二預設透射率閾值的情況下，確定所有所述目標納米結構均滿足所述廣角成像透射率要求；所述第二預設透射率閾值大于所述第一預設透射率閾值。7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述更新操作還包括：判斷每個所述目標納米結構的透射參數是否低于第三預設透射率閾值；所述目標納米結構的透射參數包括：所述目標納米結構的透射率中的最小值，或者，所述目標納米結構的第二平均透射率；所述第二平均透射率為所述目標納米結構在多個所述入射角度的入射光下的透射率的平均值；在存在透射參數低于第三預設透射率閾值的目標納米結構的情況下，將具有最低透射參數的目標納米結構作為不滿足所述廣角成像透射率要求的目標納米結構。8.根據權利要求1-7任意一項所述的方法，其特征在于，在所述性能參數包括調制相位的情況下，所述廣角成像要求包括廣角成像相位要求；所述目標納米結構的相位梯度越小，越能夠滿足所述廣角成像相位要求；其中，所述目標納米結構的相位梯度用于表示所述目標納米結構的調制相位的變化程度。9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述更新操作還包括：確定每個所述目標納米結構的相位梯度，所述目標納米結構的相位梯度包括：所述目標納米結構與相鄰的其他目標納米結構之間的調制相位之差隨入射角度變化所具有的變化程度，和/或，所述目標納米結構的調制相位隨入射角度變化所具有的變化程度；在所述目標納米結構的相位梯度高于相應的預設梯度閾值的情況下，確定相位梯度高于預設梯度閾值的目標納米結構不滿足所述廣角成像相位要求。10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述更新操作還包括：確定所述目標納米結構在第j個入射角度處的相位梯度與所述目標納米結構在所述主入射角度處的相位梯度之間的變化比，且所述變化比滿足：其中，表示第i個目標納米結構在第j個入射角度處的相位梯度，表示第i個目標納米結構在所述主入射角度處的相位梯度，r
i,j
表示第i個目標納米結構在第j個入射角度處的變化比；在所述變化比超過預設比值的情況下，確定所述目標納米結構的相位梯度高于相應的預設梯度閾值。11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作之前，還包括：
對多個不同形狀的納米結構進行性能分析，確定每個所述納米結構的性能信息。12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述對多個不同形狀的納米結構進行性能分析，包括：以多個同一所述納米結構構成與所述納米結構對應的測試超表面，并以不同入射角度向所述測試超表面出射入射光；將所述測試超表面在不同入射角度的入射光下的性能參數作為所述納米結構相應的性能參數。13.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二納米結構與對所述主入射光具有同一調制相位的第一納米結構以及對所述主入射光具有同一調制相位的曾經選取的其他第二納米結構均形狀不同。14.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述主入射角度為0
°±
δ，δ表示在誤差允許范圍內的角度值。15.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，n個所述第一納米結構對主入射光的調制相位至少能夠覆蓋0至2π。16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，n大于或等于8。17.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一納米結構與所述第二納米結構均為偏振相關結構；或者，所述第一納米結構與所述第二納米結構均為偏振不相關結構。18.一種超表面的設計裝置，其特征在于，包括：初始模塊，用于確定n個第一納米結構，不同的所述第一納米結構對主入射光的調制相位不同；所述主入射光為以主入射角度入射的入射光，n≥2；更新模塊，用于對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作，直至所述納米結構集中所有所述目標納米結構均滿足廣角成像要求；最初的所述目標納米結構為相應的所述第一納米結構；設計模塊，用于基于所述納米結構集設計超表面；其中，所述更新模塊包括獲取單元和更新單元；所述獲取單元用于，獲取每個所述目標納米結構的性能信息，所述性能信息包括在不同入射角度的入射光下所述目標納米結構的性能參數，所述性能參數包括透射率和/或調制相位；所述目標納米結構的性能信息用于判斷所述目標納米結構是否滿足廣角成像要求；所述更新單元用于，在存在不滿足廣角成像要求的目標納米結構的情況下，選取新的第二納米結構，并以所述第二納米結構代替所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構，生成新的納米結構集；所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構對所述主入射光的調制相位相同，且所述第二納米結構與所述不滿足廣角成像要求的目標納米結構具有不同的形狀。19.一種電子設備，包括總線、收發器、存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述收發器、所述存儲器和所述處理器通過所述總線相連，其特征在于，所述計算機程序被所述處理器執行時實現如權利要求1至17中任一項所述的超表面的設計方法中的步驟。20.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序
被處理器執行時實現如權利要求1至17中任一項所述的超表面的設計方法中的步驟。
技術總結
本發明提供了一種超表面的設計方法、裝置及電子設備，其中，該方法包括：確定n個對主入射光的調制相位不同的第一納米結構；對包括n個目標納米結構的納米結構集循環執行更新操作，直至納米結構集中所有目標納米結構均滿足廣角成像要求；最初的目標納米結構為相應的第一納米結構；基于納米結構集設計超表面；其中，更新操作包括：以第二納米結構代替不滿足廣角成像要求的目標納米結構，生成新的納米結構集。通過本發明實施例提供的技術方案，將不滿足廣角成像要求的納米結構替換為其他形狀的納米結構，實現更新，從而可以尋到諧振響應較小的納米結構，實現超表面設計，所設計的超表面整體性能較好，可以適用于廣角成像的場景。景。景。
