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▌微區(qū)光譜在結(jié)�(gòu)色及全色印刷研究中的�(yīng)�
�(duì)一種可用于微觀干涉式全色印刷術(shù)的多�(jí)灰度 Fabry-Perot 共振腔的微區(qū)光譜表征
   �(jié)�(gòu)�   
   全色印刷   
   多級(jí)灰度 FP 共振�   
   微區(qū)光譜   
   干涉式彩色像�   
【概述�2017 � 1 月,湖南大學(xué)段輝高教授團(tuán)�(duì)� Advanced Optical Materials 雜志�(fā)表了一篇題為《Microscopic Interference Full-Color Printing Using Grayscale-Patterned Fabry-Perot Resonance Cavities》的文章。文章報(bào)道了一種基于非�(duì)� Fabry-Perot (FP) 共振腔的,可低成本制造的,并可實(shí)�(xiàn)單片集成(Monolithic)的 干涉式全色印刷術(shù)(Interference Full-Color Printing)�
�,干涉式全色印刷�(shù)重構(gòu)的梵高畫作《向日葵》及非對(duì)� FP 共振腔的單片集成示意�
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相較于傳�(tǒng)的基于衍射或表面等離子體效應(yīng)的結(jié)�(gòu)色,基于相干相消效應(yīng)的干涉式�(jié)�(gòu)色既可以低成本地�(yīng)用于大面積制造,又可以應(yīng)用于微小器件的納米印刷。同�(shí),該技�(shù)還避免了虹彩效應(yīng),因而可在更加廣泛的�(lǐng)域得以應(yīng)用。作者創(chuàng)造性地提出了一種具有多�(jí)灰度� Al �-HSQ 介質(zhì)-超薄 Ni 吸收層的非對(duì)� FP 共振腔及由其組成的干涉式彩色像元(Interference Color Pixel),并對(duì)其成色效果展開了系統(tǒng)化的研究�              【樣� & �(cè)試】作者采用如下方式(�2)構(gòu)建了一種非�(duì)稱的金屬-介質(zhì)-金屬 FP 共振腔結(jié)�(gòu)。首先,通過電子束蒸�(fā)形成� 100nm 厚的 Al 層。其次,� Al 基底上旋涂一� HSQ 光刻膠,�(jìn)而通過電子束光刻系�(tǒng)(EBL)對(duì)光刻膠�(jìn)行曝光。顯影后�(jīng)過曝光的光刻膠可保留� Al 基底上。曝光時(shí)間長短決定了保留的光刻膠的厚度。再沉積一� 6nm 厚的金屬 Ni,最終形成不同厚度的 FP 共振腔�
�,構(gòu)建非�(duì)稱金�-介質(zhì)-金屬 FP 共振腔結(jié)�(gòu)的流程圖
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相比于傳�(tǒng)的等離子體彩色像元(Plasmonic Color Pixel),�(jīng)過如上方式構(gòu)建的干涉式彩色像元具有顯著的�(yōu)�(diǎn)。干涉式彩色像元既可以通過納米�(gòu)型技�(shù)(Nanopatterning Technique)形成精�(xì)的微尺寸像元,又可以通過多級(jí)灰度光刻技�(shù)(Grayscale Photolithography�[2] 面向大面積的成色�(yīng)用。從制造的角度而言,為形成�(wěn)定的色彩,等離子體彩色像�?jiǎng)t需花費(fèi)過高的成本以獲得高精度的納米圖樣�
為獲得覆蓋全色域的調(diào)色板,作者在 1μm2 像元尺寸(P,圖1,下同)條件下,針對(duì) FP 共振腔占空比(由 D 決定)和其介�(zhì)層厚度(t)對(duì)成色的影響�(jìn)行了系統(tǒng)化的研究。研究表明(�2),通過加大曝光劑量,�(jìn)而增加介�(zhì)層厚度,可以� FP 共振腔在明場(chǎng)下的顏色由藍(lán)色逐步變到綠色,最終到紅色;而通過增加占空比,明場(chǎng)顏色則變得越來越鮮艷,其飽和度(Saturation)和明度(Brightness)都有所提高。特別引人注目的是,�(dāng)固定厚度不變�(shí),顏色隨 FP 共振腔占空比的改變而發(fā)生漸變。這些�(xiàn)象為�(diào)色并�(jìn)而實(shí)�(xiàn)全色印刷提供了豐富的手段�
�,文� Supporting Information 部分�(duì)�(fù)享光�(xué)�(shè)備的引用及部分微區(qū)光譜�(shù)�(jù)
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為展示這種干涉式結(jié)�(gòu)色所能表�(dá)的色彩范圍,作者建立了一整套可操作的流程。首先,通過�(diào)整占空比和厚度,建立色板(圖3a)。其次,通過色板中每�(gè)像元的占空比與厚度參�(shù)(圖3b),以及明場(chǎng)下的色度,建立“色�-光刻參數(shù)�(guān)系表”(�3c)。�(jìn)而,根據(jù)上述�(guān)系表將所需要表�(dá)的圖案的每�(gè)像元顏色翻譯為實(shí)際操作的光刻參數(shù),并最終�(jìn)行多�(jí)灰度光刻(圖3d)。為展示這種新型干涉式全色印刷技�(shù)在納米尺度下的色彩還原能力,作者完成了梵高畫作《向日葵�[4]和《自畫像�[5] 的納米印刷�
【總�(jié)】綜上所述,段輝高教授團(tuán)�(duì)展示了一種簡單而有效的全色印刷�(shù),通過使用成本低廉� Al � Ni 金屬�(gòu)建非�(duì)� FP 共振腔,再調(diào)控占空比� FP 共振腔厚度實(shí)�(xiàn)全色域(Brightness, Hue, Saturation)的色彩表達(dá)。相比于基于等離子體效應(yīng)的結(jié)�(gòu)色,該項(xiàng)技�(shù)的最大特�(diǎn)在于既可以構(gòu)建微納尺度的像元,又可以�(jìn)行宏觀大尺度的制備,并且在保持�(zhǔn)確的色彩表達(dá)前提下具有低成本、易于控制的�(yōu)�(diǎn)。因此,該項(xiàng)技�(shù)有望成為替代傳統(tǒng)染料印刷,解決環(huán)境污染問題的新型綠色印刷技�(shù)�       由復(fù)享光�(xué)提供的基� Olympus 顯微鏡的 微區(qū)光譜�(cè)量方�(FIB-M、CMS等)� 微區(qū)定位技�(shù) �(duì)本文作者在微觀條件下快速實(shí)�(xiàn)大量光譜�(cè)量起到了至關(guān)重要的作用。圖4 所示為作者在 Supporting Information 部分�(duì)�(fù)享光�(xué)�(chǎn)品的�(biāo)注��                     【參考文�(xiàn)�       ? Yang, Zhengmei, et al. "Microscopic Interference Full‐Color Printing Using Grayscale‐Patterned Fabry–Perot Resonance Cavities." Advanced Optical Materials 5.10 (2017).  Link        ? 多級(jí)灰度光刻(Grayscale Lithography)技�(shù)介紹       ? 湖南大學(xué)微納光電器件及應(yīng)用教育部重點(diǎn)�(shí)�(yàn)室段輝高教授課題組介�       ? 梵高的畫作《Still Life: Vase with Fifteen Sunflouwers�       ? 梵高的畫作《Self-Portrait with Bandaged Ear�       
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