[發明專利]同時實現彩色納米印刷與彩色相位型全息的超表面材料及其設計方法

有效

• 申請號: 201910706738.2
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110456439B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 鄧娟;鄭國興;李子樂;李仲陽
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G02B5/32;G02B27/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 艾小倩

本發明提供了一種同時實現彩色納米印刷與彩色相位型全息的超表面材料及其設計方法，所述超表面材料由對紅光響應的納米單元結構和對綠光響應的納米單元結構交錯排列而成的納米單元陣列，相鄰對紅光響應的納米單元結構和相鄰對綠光響應的納米單元結構的間隔均為C為納米單元結構的周期；所述納米單元陣列中每個納米單元結構均等效為一個半波片。當入射光為線偏光時，在近場實現即調灰度又調顏色的彩色納米印刷，當入射光為圓偏光時，在遠場實現彩色相位型傅里葉全息，且兩種圖像顯示方式相互獨立，互不影響。本發明可應用于彩色顯示、加密、防偽等領域，為實現新型的，高安全性的光學安全設備提供一種新的方法和途徑。

技術領域

本發明涉及微納光學及全息領域，尤其涉及一種同時彩色納米印刷與彩色相位型全息的超表面材料及其設計方法。

背景技術

光學安全設備是數據加密和文檔認證的重要工具。傳統的光學安全設備通過操縱光的振幅、相位、偏振態特性使其產生獨特的光學響應，從而提供安全認證。例如，納米印刷術和全息術是其中比較重要的兩個原型光學安全設備。納米印刷術通過調制光的振幅來實現彩色的或者灰度的印刷圖像，該圖像可以在放大鏡下直接觀測到或者借助顯微鏡觀察。全息術是通過調制光的振幅、相位或者復振幅在遠場再現高保真度的全息圖，全息圖通過使用激光器將圖像投影到放置的屏幕上。這種兩種相對簡單的結構和行為很容易被模仿。

發明內容

為了增強設備的安全性，同時不引入額外的結構設計和加工復雜度，本發明設計提供一種同時實現彩色納米印刷與彩色相位型全息的超表面材料。本發明首次用簡單的結構、巧妙的方法實現了彩色的納米印刷術和彩色全息術的結合，其中本發明的彩色印刷術同時實現了顏色和灰度的調控。因此本發明可廣泛用于彩色顯示、信息存儲、高端防偽、AR/VR顯示等領域，具有很好的應用發展前景。

本發明目的之一在于提供一種同時實現彩色納米印刷與彩色相位型全息的超表面材料，結合馬呂斯定律、數學函數的非單調性、及PB相位原理(Pancharatnam-Berry)(納米單元結構相位改變量是納米單元結構轉角的兩倍)，所述超表面材料可同時在近場實現既調整灰度又調整顏色的彩色納米印刷，在遠場實現彩色相位型傅里葉全息圖像，且兩種顯示圖像互不影響，相互獨立。本發明可應用于彩色顯示、加密、高端防偽等領域，為實現新型的，高安全性的光學安全設備提供一種新的方法和途徑。

本發明目的之二在于提供一種同時實現彩色納米印刷與彩色相位型全息的超表面材料的設計方法，巧妙的實現了彩色的納米印刷術和彩色全息術的結合，可廣泛用于彩色顯示、信息存儲方面。

本發明實現目的之一采用以下技術方案：

一種同時實現彩色納米印刷與彩色相位型全息的超表面材料，所述超表面材料由對紅光響應的納米單元結構和對綠光響應的納米單元結構交錯排列而形成納米單元陣列，相鄰對紅光響應的納米單元結構和相鄰對綠光響應的納米單元結構的間隔均為C為納米單元結構的周期,其中，所述納米單元結構是橫截面為長方形或者橢圓形的非對稱結構；

所述納米單元陣列中每個納米單元結構均等效為一個半波片，所述對紅光響應的納米單元結構和對綠光響應的納米單元結構均具有窄帶響應；

當紅綠線偏光入射至所述超表面材料，再經過一個檢偏器被調制的出射光，在近場形成彩色納米印刷圖案，其中，起偏器的起偏方向和檢偏器的檢偏方向相互垂直，當所述起偏器和檢偏器的偏振方向均偏離設計值π/8或者3π/8時，近場的彩色納米印刷圖像實現一定的圖像隱藏功能；當紅綠入射圓偏光通過所述超表面材料，其反射光在遠場形成一幅彩色全息圖像；

其中，所述近場為超表面材料表面，所述遠場為距離超表面材料30cm以外。

所述近場的彩色納米印刷圖像實現顏色調節和連續的灰度調節；

所述遠場的彩色全息圖像為4臺階的彩色相位型傅里葉全息圖。