近日,暨南大學光子技術研究院海外英才創新團隊在雷射彩色列印研究方面取得重要進展。其最新研究成果“Ultra-sensitive nanometric flat laser prints for binocular stereoscopic image”在Nature communication期刊(IF=12.121)發表。暨南大學光子技術研究院研究員李向平、曹耀宇、電子科技大學教授畢磊為該論文共同通訊作者,光子技術研究院博士後胡德驕(現紫晶存儲公司高級工程師)、碩士生李昊為共同第一作者。暨南大學為第一單比特。
顏色感知和三維圖像是人類獲取外界資訊的重要通路。顏色的產生、彩色影像的列印以及三維圖像顯示一直以來是科學界孜孜不倦探索的領域。近些年來,由亞波長的超構原子組成的超表面結構由於具有强大的光場調控能力,開闢了色彩產生和影像資訊的新領域。不同於傳統化學顏料和染料,超表面可以對電磁波的波前及諧振强度進行深度的調控,具有低污染,不褪色,高解析度等眾多優點,從而吸引了越來越多的人關注。然而,超表面通常需要利用複雜和昂貴的電子束曝光或者離子束刻蝕科技製作複雜的納米結構,限制了其大規模普及和應用。利用雷射光熱效應對貴金屬納米結構的形貌調控,為彩色影像列印提供了一種低成本大面積的後續個性化定制科技手段。然而現時報導的鐳射列印通常採用的是預製的金和銀金屬結構範本,其大面積實用性依然受到局限。此外,這類列印科技僅僅能够產生二維平面影像資訊。
暨南大學研究團隊發展了一種全新的雷射彩色影像列印科技可以實現大面積、低成本、高色彩飽和度和高分辨的列印科技。該科技對納米級厚度的連續MoS2薄膜列印,突破了傳統鐳射列印科技對預製納米結構範本的限制,提供了一種實用的、非光刻的科技手段,可以實現cm級大面積的快速彩色影像列印(圖1所示),其空間分辯率可以高達58000 dpi。
(圖1彩色圖樣樣品展示圖)
該研究工作得到了國家重點研發計畫(2018YFB1107200)、國家自然科學基金(61705084)、廣東省創新創業項目(2016ZT06D081)的支持。在該工作中,研究團隊揭示了納米級厚度的連續MoS2薄膜塗敷的金屬襯底結構,展示了優异的層厚靈敏特性。儘管傳統光學器件設計中吸收損耗通常是要規避的負效應,研究團隊巧妙地利用資料虛部引入的介面相移,納米級MoS2資料的奇异色散為超靈敏光場操縱方案提供了可能。通過精確操控連續雷射緊聚焦條件,可以實現納米級厚度的MoS2層的原子層削薄,從而該結構對納米級厚度變化展現出超靈敏響應的光學共振,不僅實現了在全可見光範圍內產生鮮豔的反射色彩,還帶來了較大的反射振幅調製。基於上述原理,研究團隊演示了高解析度的彩色影像列印。同時,利用鐳射列印微光栅結構其振幅調製帶來高效繞射效應,進一步開發了基於光栅繞射角度色散效應的多角度立體影像三維視覺(如圖2所示)
圖2.a,用於剝落集成在金襯底上的具有原子厚度精度的多層MoS2的緊聚焦雷射束示意圖;b、c,用雷射直寫法列印圖案的光學影像;d,雙目立體視覺的顯示頭像。圖源:Nature Communications12,1154,(2021)
研究團隊所提出的製備方法,摒弃了複雜的電子束納米光刻工藝,所展示的具有原子厚度精度和亞波長特徵尺寸的雷射直寫方法為雷射彩色列印揭示了新的技術路線,具有極大的可擴展性和實用性。通過揭示新穎的介面相移,為超靈敏光場操縱方案提供了可能,並為多功能超表面結構以及納米級平面光學元件開闢了新的道路。
原文連結:https://www.nature.com/articles/s41467-021-21499-4