Nano Lett. | 偏振敏感全介质超表面用于彩色打印与加密
Nano Lett. | 偏振敏感全介质超表面用于彩色打印与加密
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以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications
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英文原题： Color Printing and Encryption with Polarization-Switchable Structural Colors on All-Dielectric Metasurfaces
通讯作者： 王健，华中科技大学武汉光电国家研究中心；王涛，华中科技大学武汉光电国家研究中心
作者： Lu Wang (王璐), Ruoqin Yan ( 严若秦), Xinzhao Yue (乐昕昭), Huimin Wang (王会敏), Yuandong Wang (王远东), Jinyan Zhang (张锦艳), Xuyang Yuan (袁旭阳), Jinwei Zeng (曾进炜)
背景介绍
颜色是重要的信息载体。染料和颜料是再现颜色的传统工具，然而无法满足当下对器件微小型化的需求。于是，具有高分辨率、在高湿度或高温下的相对稳定性以及时间上的相对耐久性等优点的结构色超表面被提出并得到了广泛的研究。基于金属等离子体共振的超表面，由于其较强的光散射，为产生结构色提供了一个很有前途的平台。可惜，由于金属固有欧姆损耗，降低了金属超表面生成颜色的效果。因此，具有低损耗和相对高折射率的介质超表面来解决这些问题成为当下热门。基于超表面的高分辨率结构色在彩色打印和加密方面具有很好的应用前景，偏振敏感超表面更是由于其可以在不改变几何形状或材料的情况下立即切换生成颜色的优势成为实现上述应用的新方向。
图1. 偏振敏感介质超表面实现加密功能。中央：超表面示意图，由氮化硅纳米颗粒和石英玻璃基底构成；左上：由偏振敏感棒状结构与偏振不敏感等臂十字架结构组合形成的鱼—鸟转换图；左下：由偏振敏感棒状结构组成的彩色—黑色加密图；右侧：由非等臂十字架结构组成的红—绿心形图的加密与相互转换。
文章亮点
近日， 华中科技大学武汉光电国家研究中心多维光子学实验室（MDPL）王健、王涛教授团队 在 Nano Letters 上发表了偏振敏感介质超表面及其作为纳米彩色印刷与加密应用的研究。设计并基于半导体工艺制备了由氮化硅纳米颗粒和石英玻璃基底构成介质超表面，避免了传统金属超表面因固有欧姆损耗而造成的效率低、颜色不够纯净等问题。通过结构参数的调控可以调节生成的颜色，实现了效果良好的彩色印刷功能。在颜色加密中，黑色很少被提及，研究者往往会使用在同一条件下颜色相近而另一条件下颜色不同的两种结构作为组成”加密“模式的基本结构，那就意味着“加密“模式中的颜色需要耗费时间去挑选。本研究中偏振敏感的棒状结构实现了彩色—黑色的可切换功能，“加密“模式中统一而均匀的黑色意味着可以任意组合”破解“模式中的颜色，增加了设计时的自由度，因此在相关研究中极具优势。
图2. 棒状超表面的仿真与实验结果。（a） 不同偏振光入射下棒状超表面的仿真反射率和相应计算颜色。（b） x偏振光入射时，(a)和(c)中仿真计算和实验测得颜色的在CIE 1931颜色空间中的色度坐标。（c） 不同偏振光入射下棒状超表面的实验观测颜色。实现了彩色—黑色的转换。（d）三种颜色组成的“HUST”光学图片。（e） 图（d）中三种颜色对应结构的电镜图片。
总结/展望
本文设计的具有偏振敏感特性的棒状、非等臂十字架形状的介质超表面为彩色动态显示、光学加密、多通道显示等应用提供了一个极具潜力的方式。
相关论文发表在 Nano Letters 上，华中科技大学博士研究生 王璐 为文章的第一作者， 王健教授 、 王涛教授 为通讯作者。
通讯作者信息：
王涛 华中科技大学
博士，教授,博士生导师。分别于1984年、1990和2001年在华中科技大学获得工学学士、硕士和博士学位。研究方向：介质超表面的制备与性能研究、超表面比色传感器；等离激元生物化学分子传感芯片及传感器研究；光电子材料与器件研究，包括：低维光电子研究、全光逻辑器件、单片集成电光开关以及全光开关、光子晶体器件研究。在以上领域主持国家自然科学基金5项，主持863课题1项，参加973课题1项以及其它十几科研项目。
主页链接： http://faculty.hust.edu.cn/wangtao/zh_CN/more/158867/jsjjgd/index.htm
王健 华中科技大学
博士、教授、博导，武汉光电国家研究中心副主任。主要研究方向是光场调控、多维光通信、光信号处理、光电子器件与集成、硅基光子集成芯片。2021年获得国家杰出青年科学基金。2020年当选美国光学学会会士（OPTICA Fellow），2022年当选国际光学工程学会会士（SPIE Fellow）。曾入选国家优秀青年科学基金、长江学者奖励计划青年学者、国家万人计划青年拔尖人才、英国皇家学会牛顿高级学者。2022年获王大珩光学奖中青年科技人员奖。第1完成人2016和2019年两次获教育部自然科学一等奖。2020年获教育部青年科学奖。承担国家重点研发计划（项目负责人）和国家973计划（课题负责人）等项目10余项。第一/通讯作者发表 Science、Nature Photonics、Nature Communications、Science Advances、Light: Science & Applications、Physical Review Letters 等高水平论文。入选爱思唯尔2020-2022中国高被引学者。研究成果被Nature亮点报道，入选美国光学学会重要进展和国家十三五科技创新成就展。担任美国光学学会会士评选委员会委员、中国光学学会常务理事、IEEE Photonics Society武汉分会副主席。
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Nano Lett. 2023, 23, 12, 5581-5587
Publication Date: June 6, 2023
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01007
Copyright © 2023 American Chemical Society
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