通过低损耗的超表面实现逼真的全彩纳米涂层

色彩起源于光物质的相互作用，是人类视觉感知的主要属性之一，承载着对成像和显示技术至关重要的信息。近年来，由于纳米制造技术的显著发展，亚波长结构着色的研究领域得到了广泛发展。例如，由一组深亚波长纳米结构组成的光学超表面提供了调整入射光光谱的机会，并通过简单地改变纳米结构的尺寸来产生生动的结构颜色。该领域的初步研究利用金属纳米结构支持的局域等离子体共振来实现结构颜色，因为它们对纳米结构的几何形状有很强的依赖性。最近，基于介电纳米结构的超表面也证明了产生鲜艳颜色的能力，这是通过利用单个介电纳米结构支持的电和磁三重共振实现的。通常，使用超表面的结构色彩工程的目标是获得高色域和饱和度，因此期望通过超表面透射或反射后，入射光的振幅(波长)能被很好地保存。因此，虽然这种超表面具有很高的透射或反射效率，但所产生的颜色的亮度是固定的。请注意，除了色域和饱和度之外，亮度也是颜色的基本属性之一，并能表示图像的明暗对比。通过调整颜色的亮度，生成的阴影渲染效果可以使图像呈现出更强的空间感和立体感。虽然超表面与液晶和电致变色聚合物结合可以控制产生的颜色的振幅，但复杂的电子器件结构和不完全的全色光谱响应明显阻碍了它们的实际应用。因此，在整个可见光谱范围内有效平稳地控制结构颜色的亮度是包括高精度纳米喷涂在内的各种应用所需要的一项重要功能。

        近日，来自南京大学现代工程与应用科学学院Pengcheng Huo等人设计并实验演示了一款低损耗介电超表面光亮度可调的全彩纳米涂层，并重现了著名的艺术作品《戴珍珠耳环的女孩》，模仿了一幅油画生动的视觉冲击和质感。在他们的设计中，超表面由具有空间变化尺寸和方向的周期性排列的二氧化钛(TiO2)纳米粒子组成，它们分别决定输出颜色的色调和亮度。这个特性是非常有利的，因为它允许多个自由度升级印象的全彩纳米涂层。相关研究成果发表在《Optica》上。（郑江坡）

文章链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.403092