Onderzoekers hebben een metasurface-apparaat ontwikkeld dat drie soorten afbeeldingen kan weergeven, afhankelijk van het verlichtingslicht. Het driekanaalsapparaat kan worden gebruikt als een maatregel tegen namaak of een nieuwe manier bieden om veilig versleutelde informatie te leveren.

"Metasurfaces zijn kunstmatige materialen met kleine nanostructuren die kunnen worden gebruikt om licht te manipuleren", zegt onderzoeksteamlid Qi Dai van de Wuhan University in China. "In dit werk hebben we zowel de grootte als de oriëntatie van de nanostructuren benut om een ​​meta-oppervlak met drie werkmodi te ontwerpen."

De onderzoekers beschrijven het nieuwe apparaat in Optics Express . Ze toonden ook aan dat, afhankelijk van het gebruikte licht, het meta-oppervlak een holografisch beeld of een nanoprint-afbeelding in structurele kleuren zou genereren met of zonder polarisatie-afhankelijke watermerken.

"Ons kleine meta-oppervlak kan gemakkelijk worden bevestigd aan valuta, identiteitskaarten, creditcards, certificaten, horloges of ringen voor anti-namaak", zei Dai. "Omdat dit multifunctionele meta-oppervlak tweevoudige beveiligingen heeft, kan het een eenvoudige maar effectieve aanpak bieden om namaak te bestrijden."

Een drie-in-één apparaat

Hoewel er andere op metasurface gebaseerde anti-namaakapparaten zijn ontwikkeld, wordt de verborgen informatie meestal teruggevonden aan de oppervlakte of via een far-field holografisch beeld. Om een ​​veiliger driekanaals meta-oppervlak te creëren, hebben de onderzoekers nanoprinting in structurele kleuren met watermerk en holografische beeldvorming samengevoegd tot een apparaat dat is gemaakt van kleine nanoblokjes die op een transparant substraat zijn gerangschikt.

Door zorgvuldig de afmetingen en oriëntaties van de nanostenen te ontwerpen, ontwikkelden de onderzoekers een manier om structurele kleurenafbeeldingen te maken die op het oppervlak van het apparaat verschijnen, evenals een holografisch beeld dat in het verre veld verschijnt. In plaats van te vertrouwen op inkten of kleurstoffen, gebruikt structurele kleur nanostructuren met verschillende geometrische parameters om kleur te produceren door het spectrum van doorgelaten of gereflecteerd licht rechtstreeks te beïnvloeden.

Het nanoprint-beeld zonder watermerk kan gemakkelijk worden waargenomen onder natuurlijk licht, terwijl hetzelfde beeld bedekt met een watermerkpatroon alleen kan worden gedecodeerd met een optische polarisator. Het holografische beeld in het derde kanaal kan alleen worden bekeken onder coherent laserlicht.

Aanvullende beveiliging

"Wanneer ons meta-oppervlak wordt gebruikt voor de bestrijding van namaak, kan de nanoprint in structurele kleuren zonder watermerk gemakkelijk worden waargenomen met een camera op een smartphone", zegt Dai. "Het watermerkpatroon kan informatie coderen die nodig is om authenticatie te bieden, aangezien het alleen verschijnt met behulp van een optische polarisator. Het holografische beeld, dat kan worden gereconstrueerd met een laserpointer, kan worden gebruikt als een tweede beveiligingslaag."

Om het nieuwe metasurface-apparaat te demonstreren, vervaardigden de onderzoekers een monster met behulp van standaard elektronenstraallithografie. De nanoprintafbeeldingen met en zonder watermerk werden waargenomen met behulp van een optische microscoop, terwijl de holografische afbeeldingen werden gevisualiseerd met behulp van een optisch pad bestaande uit een continuümlaser, iris, lens, het monster en een optisch scherm.

"Onze experimenten toonden aan dat de nanoprinting met structurele kleuren met watermerk een hoge polarisatiegevoeligheid had en een duidelijk beeld met heldere kleureffecten creëerde", zei Dai. "We ontdekten ook dat het ontworpen meta-oppervlak een holografisch beeld kan creëren over een breed golflengtebereik van 480 nm tot ongeveer 650 nm."

De onderzoekers zijn van plan hun nieuwe multifunctionele meta-oppervlakken te combineren met andere materialen zoals vloeibaar kristal en zwarte fosfor om dynamische en veelzijdigere controle van licht te bereiken. Ze willen ook onderzoeken hoe de meta-oppervlakken kunnen worden gebruikt voor optisch computergebruik en biomedische detectie en werken aan manieren om het nieuwe materiaal massaal te produceren. + Verder verkennen

Nieuw metasurface-gebaseerd apparaat maakt verschillende afbeeldingen afhankelijk van licht en omgevingscondities