撰稿 | OSANJU 周倩苇
近日，来自韩国的科学家们Taehyun Kim, Eui-Sang Yu等人在《Light: Science & Applications》期刊上发表了题为“Asymmetric Optical Camouflage: Tuneable reflective colour accompanied by the optical Janus effect”的高水平论文。决于观察方向的不对称的颜色对比具有传递信息的能力，这超出了改进后的色域，可为广泛的应用创造机会，例如下一代光学开关，彩色显示器以及防伪设备中的安全功能。该文章提出了一种简单的Fabry-Perot标准具结构，该结构能够在对特定溶剂（光学伪装）进行浸入时生成对方向敏感的色彩对比并加密预先记录的信息。
利用光学Janus效果的观看方向敏感的信息显示，由于其可动态操作并可提供区别性信息，包括平面内的颜色/信息或平面外成像（如全息图），而备受关注。纳米结构所产生与视觉方向相关的信息传递，与人们普遍认为透明材料从正面和背面观察时都具有相同的颜色/信息的观点不同。由于其广泛的潜力，因此备受关注，实际应用。例如，可以利用具有宽广的色彩覆盖范围以及实时色彩可调的方向敏感的非对称信息显示来实现动态彩色滤光片，光学开关，数据存储设备，防伪设备和半透明太阳能电池。
然而，以周期性纳米结构形式的亚波长几何形状的集成常常有与样品制造所必需的最新光刻技术相关的低通量的困扰。随着需要多层结构的集成，这个问题变得更加复杂，大大限制了它们在动态和实时色彩调整中的应用。因此，为了实现先进的光学装置，需要开发克服上述关于色彩调节的挑战的新平台。此外，还需要与批量生产兼容的简单且经济高效的平台。
该文章提出了一种利用透液法布里-珀罗（FP）标准具的新颖概念，以实现取决于观看方向的不对称反射颜色对比度，该对比度还能够传递信息。在整个工作过程中，结合使用组合分析法，彻底分析了所提出的金属-电介质-金属（MDM）平台的单个单元中不对称着色的机制以及用于查看方向相关信息显示的可调色开关的理论-实验方法。此外，基于不对称光学迷彩的最新概念，见图1，演示了概念验证的侧面选择性防伪显示器。
图1 通过可调光学Janus效应对方向敏感的非对称光学伪装的概念图。
该文章的透反射布鲁格曼有效标准具（BEE）平台呈现不对称的反射颜色。随着溶剂的渗透，显示效果以及颜色可调节性。科学家们发现，精确控制包含BEE堆叠的薄膜的物理化学性质会导致：
i） 相对于观察方向增强的色彩对比度；
ii） 通过液体进行有效折射系数调制后可独立控制色彩的出色光学共振位移浸润。由于薄的介电层厚度和随机Au纳米形态引起的共振展宽导致了较低的角度依赖性，因此所提出的BEE在自然光条件下，在宽视角或漫射照明下仍保持其非对称的信息隐藏特性，见图3。
图2 通过修改介电层的有效折射系数，具有颜色可调谐性的光学Janus效应。
图3 选择性蚀刻的BEE用于对称消息隐藏。
结果与基于光子晶体的方向性信息传递相比，该文章提出的BEE 具有以下优势：
1）在离轴或漫射照明下合理保持其光学特性方面具有很大优势，这是各种条件下的实际应用至关重要的照明条件。
2）开发了一种空间选择性的剪裁工艺，可以修饰介质纳米形态，以在BEE表面上刻写信息，从而证实了颜色可调现象并对观察方向敏感。浸在不同溶剂中进行光学伪装。
3）除了通过调节介电膜的折射系数来呈现可调谐的Janus效应外，该文章还通过金属-电介质-金属（MDM）堆栈操纵光学特性的通用方案还可以采用特殊的纳米材料，例如温度或对湿度敏感的材料和相变材料，这可能为实体光学设备的应用打开巨大的机会。
4）由于文章的BEE的拟议制造工艺与大面积基板兼容，因此该设计可应用于光学传感平台，包括表面增强拉曼光谱，局部表面等离子体激元共振和表面增强红外吸收。
文章信息：
该研究成果以"Asymmetric Optical Camouflage: Tuneable reflective colour accompanied by the optical Janus effect"为题在线发表在Light: Science & Applications。
论文全文下载地址：
https://doi.org/10.1038/s41377-020-00413-5
本文来源：中科院长春光机所 Light学术出版中心
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