全介质光栅结构色滤光片

图1 全介质光栅结构示意图

相比传统彩色染料，结构色具有分辨率高、稳定性好等优点，能在可见光范围内实现颜色切换。由于等离子体超表面的损耗较高，因此研究人员又提出了全介质超表面结构；但由于短波范围高阶偶极子共振模式的存在，降低了颜色饱和度。近日，研究人员提出了一种可行的方案，对高阶偶极子模式进行了抑制。

由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所高劲松教授领导研究小组，在发表于Optics Express上的研究中提出了一种窄带宽、高质量因子的全介质光栅结构色滤光片。

研究人员用时域有限差分法对HfO2光栅和SiO2/HfO2光栅进行了全面对比研究，发现SiO2层的加入有效抑制了高阶偶极子模式的产生趋势，从而提高了结构色的饱和度。研究人员通过磁场分布和电场矢量图解释了这一结果的物理机制，并探索了结构参数对光谱曲线和偏振态灵敏度的影响。

基于这一研究结果，研究人员设计了一种全介质光栅。光栅在峰值处的反射率接近1，非共振峰值位置的透过率超过99%；可实现的色度坐标占据CIE-1931色度图的大部分。通过调整占空比，研究人员成功实现半峰全宽 2 nm，质量因子Q = 424.5的优良光谱特性。

研究人员认为，这种全介质光栅具有结构色质量高、半峰全宽较低、质量因数高等优良特性，对传感、显示成像等领域具有重要意义。

文章见：Yuanhang Zhao et al, Multi-layered all-dielectric grating visible color filter with a narrow band and high-quality factor, Optics Express (2022). DOI: 10.1364/OE.453155。