无序光学超表面的视觉设计

       光学超表面是指将高折射率共振散射体以相应序列置于基底上，能够展示出物体各种各样的彩虹色和漫散射结构色。它的实际应用包括用于高分辨率显示器的超薄多色表面，其中共振散射体充当具有多种颜色特性的纳米像素。然而，由于纳米尺度的光学特性很难与宏观尺度的多种外观属性联系起来，光学超表面在外观设计中的潜力仍然没有得到充分的探索。实际上，视觉外观不仅仅是颜色，光泽和阴影依赖于散射光的漫反射和镜面反射成分之间的相互作用，对于人们的物体感知对来说，它们与颜色一样重要。物体的外观还取决于其宏观形状，以及光强和视角。例如，当物体或观察者移动时，可以更好地欣赏彩虹效果。所有这些方面在以前的光学超表面研究中都没有被考虑，在大多数关于自然和人工结构颜色的研究中都没有得到充分的研究。

       纳米结构材料是近年来出现的一种很有前途的材料外观设计方法。研究主要集中在通过波干涉创建结构颜色，而忽略了构成物体视觉外观的其他重要方面，如镜面反射和漫反射的各自重量、物体宏观形状、照明和观察条件。近日，法国波尔多大学光子学、数字和纳米科学实验室（LP2N）的Kevin Vynck和PhilippeLalanne研究团队设计了一种无序光学超表面，通过亚波长干涉展现出令人惊艳的视觉外观。我们开发了一个多尺度建模平台，将纳米尺度的共振散射、中尺度的多重散射和宏观尺度的光传输相结合，用于在真实环境中预测渲染由超表面覆盖的宏观对象，并展示了如何使用纳米尺度共振和中尺度干涉来在光谱和角度上塑造反射光，从而在宏观尺度上创建特殊的视觉效果。并且，该团队用肉眼可见的宏观物体真实合成图像和厘米级样本验证了这一特性。该框架为美术和应用视觉艺术的多个分支开辟了新的视角。相关研究成果发表在《Nature Materials》上。（钟雨豪）

       文章链接：Vynck, K., Pacanowski, R., Agreda, A. et al. The visual appearances ofdisordered optical metasurfaces. Nat. Mater. (2022). https://doi.org/10.1038/s41563-022-01255-9