Advanced Optical Materials:基于有损介质的非对称法布里-珀罗腔型高分辨、宽视场、柔性超薄结构色

自然界中由微观上的纳米结构对光的衍射、干涉、散射等物理作用引起的色彩称之为结构色,例如蝴蝶翅膀、孔雀羽毛、肥皂泡等呈现出的绚丽色彩。由于结构色具有不褪色、耐高温、高分辨、环保和虹彩效应等优点,在显示、装饰、传感、防伪等众多领域具有广阔的应用前景,引起了人们极大的研究兴趣。目前,基于微纳结构的表面等离激元结构色需要离子束刻蚀、电子束曝光等较为复杂的制备工艺,加工成本大,且难以实现大面积、批量化制备;基于多层膜配置的结构色虽然制备工艺相对简单,但对光的入射视场影响较为敏感,影响结构色样品在弯曲或折叠等状态下的颜色及光谱性能,如常见的基于无损介质层的法布里-珀罗型结构色等。因此,对于实际应用来讲,设计一种视场范围大、色域宽、分辨率高、柔性好且易于大面积批量化制备的结构色,意义重大。

近期,西北工业大学虞益挺教授课题组与香港城市大学雷党愿副教授课题组合作提出了一种基于高折射率有损介质a-Si的非对称法布里-珀罗腔型超薄结构色,具有色域广、分辨率高、柔性好、对入射光角度不敏感等特性。该结构色由沉积于硅基底上的Al/a-Si/Ag多层膜结构组成,通过改变中间介质层及顶层银膜的厚度,可实现对颜色色相及饱和度的灵活调控,其颜色范围可覆盖从黄色到洋红到兰青的CMY宽色域;高折射率介质层a-Si的引入赋予结构色超薄的膜层配置,由于光在超薄介质层中的传播相移几乎可忽略,使得该结构色具有对入射光角度不敏感特性,在±60°的视场范围内,其颜色及光谱特性几乎保持不变。此外,超薄的膜层配置可使该结构色打印出分辨率高达150000 dpi的轮廓图案;对入射光角度不敏感的特性使沉积于柔性基底上的结构色在弯折后仍可保持颜色及光谱特性不变,从而可将其应用于具有复杂表面轮廓的物体上。该技术有望广泛应用在柔性光电子、绿色印刷、防伪、信息存储、智能变色等领域,相关研究成果以“Defining Deep‐Subwavelength‐Resolution, Wide‐Color‐Gamut, and Large‐Viewing‐Angle Flexible Subtractive Colors with an Ultrathin Asymmetric Fabry–Perot Lossy Cavity”为题,近日刊登在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201900646)上。