[发明专利]水印防伪超表面装置及其设计方法

说明书

本发明提供一种水印防伪超表面装置及其设计方法。该超表面由能够同时对红光和绿光响应的纳米砖单元结构组成。纳米砖单元结构对入射红绿线偏光等效为一个起偏器，能够有效调节入射线偏光中的红绿分量比例从而在近场形成一幅彩色图案(颜色在红绿之间)；另外，巧妙利用马吕斯定律及其变式，当入射光为单色光时，通过旋转光路中的起偏器，能够在原单色图上叠加亮或暗的水印。本发明可应用于高分辨率图像显示、光学防伪、信息复用，且体积小、成本低、重量小、设计思路简单，非常适宜于在微型光电体系中应用。

技术领域

本发明属于微纳光学和偏振光学领域，具体涉及一种水印防伪超表面装置及其设计方法。

背景技术

图像防伪是光学领域非常重要的一个方向。利用超表面图像水印防伪大多通过不同图像的变换来实现，但是这并不是真正的“水印”，因为原图像在变换过程中往往会消失，而不是在原图像上再叠加水印图案；另外，传统图像显示分辨率较低，图像面积较大且比较显眼，又由于没有相应的编码及解码过程，在应用于防伪时安全性较低。

发明内容

针对传统图像防伪的不足，本发明结合偏振理论，通过设计银纳米砖阵列从而提供一种能够高效地实现水印防伪的超表面装置及其设计方法。

本发明的目的之一在于提供一种实现水印防伪的超表面装置，所述超表面利用马吕斯定律I＝I₀cos²(θ)及其相关变式，转角进行优化，首次通过单一几何尺寸的纳米砖单元结构阵列，实现近场单色的水印图案与无水印图案显示以及彩色的水印图案。且本发明结构简单，易于加工。本发明在光学防伪、图像隐藏、高分辨率单色及彩色图像显示、信息复用等方面具有很好的应用潜力；

本发明的目的之二在于提供一种实现水印防伪的超表面装置的设计方法，通过利用马吕斯定律的不同转角能够产生同一光强这一特性以及不同入射条件下光强的差异性，巧妙地实现了近场单色水印图案的叠加以及彩色带水印图案的显示；

为实现上述目的，本发明的方案如下：

第一方面，本发明提供一种实现水印防伪的超表面装置，其特征在于：

所述超表面由能够同时对红光和绿光响应的纳米砖形成纳米砖单元阵列，不同纳米砖单元结构之间的间隔为周期CS，不同位置的纳米砖单元对应不同的转角；

纳米砖单元结构对线偏光作用相当于起偏器；当入射红绿线偏光沿纳米砖长轴偏振时，红光将反射，绿光将透射；当入射红绿线偏光沿纳米砖短轴偏振时，绿光将反射，红光将透射；

当入射光源是绿光时，依次通过一个偏振方向为0°的起偏器、所述水印防伪超表面和一个偏振方向为90°的检偏器时，将在样片表面观察到一幅单色连续灰度图案；将检偏器偏振方向转为135°，将看到单色灰度图案不变，但是在表面又叠加了一层防伪水印；

当入射光源为红绿双色光时，依次通过一个偏振方向为0°的起偏器、所述水印防伪超表面和一个偏振方向为0°的检偏器时，将在样片表面观察到一幅叠加了防伪水印且为彩色的图案；

所述偏振方向是相对于x轴而言；

第二方面，本发明提供一种如上述实现水印防伪的超表面装置的设计方法，其特征在于：包含以下步骤：

(1)根据选定的两种入射光波长，通过电磁仿真软件，当入射线偏光垂直照射纳米砖单元时，沿长轴偏振的红光反射效率高，绿光透射效率高；沿短轴偏振的红光透射效率高，绿光反射效率高为目标，优化出纳米砖单元结构的周期CS、纳米砖单元结构的宽度W，长度L，和高度H；