基于TiO2全电介质超表面的结构色色调与饱和度调控

感觉是认识的开端,知识的源泉,而人类对于颜色的感觉更是获取外界信息的重要渠道。数百年来,颜色的产生一直以来都是人类孜孜不倦探索的领域。近些年来,超表面的出现更是将颜色产生带领到了新的高度,不同于传统化学颜料和染料,超表面可以对电磁波的波前及谐振强度进行深度的调控,具有低污染,不褪色,耐高温和高分辨率的优点。其中电介质超表面结构色更是最近研究的热点,电介质材料避免了等离子超表面高损耗和易腐蚀的弊端,可以产生高纯度高效率的结构颜色。

近期,南开大学的陈树琪教授研究团队通过对非对称全电介质TiO2超表面几何尺寸的设计实现了结构颜色的色调以及饱和度的灵活调控。该超表面利用TiO2在可见光波段高折射率低损耗的特性产生高效率(反射效率理论上接近100%)、高分辨率和高纯度的颜色。特别的是,为了同时实现颜色中色调与饱和度的调控,该团队还对超表面的结构进行了进一步的设计,即对x轴和y轴的周期与椭圆直径进行单独的调节。这个关键性的设计策略不仅使结构色随着入射光偏振角度变化而明显的变化,甚至可以得到了RGB三原色转换;还可以实现在垂直偏振状态下对色调和饱和度的分别调控,通过改变x(y)轴方向的周期参数而保持y(x)轴周期不变,可以得到在x(y)偏振入射光下的饱和度变化和在y(x)偏振下的色调变化,实现了对颜色三性质中色调与饱和度的分别调控。

最后,由于此TiO2超表面对于色度和饱和度的灵活调控,以及在同一结构下的多颜色的特性,研究人员相信这个研究成果可以被广泛的应用于许多方面,如信息编码,高密度信息存储,防伪标识,偏光显微镜以及高光谱显微镜等。相关论文在线发表在Advanced Optical Materials (DOI:10.1002/adom.201701009)上。

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