Metasurface-based nanoprinting: optische afbeeldingen weergeven met de resolutie op nanoschaal

Er is een al lang bestaande volkskunst in China die ‘rijstsnijden’ wordt genoemd, waarbij levensechte artistieke patronen worden gesneden op rijst met een lengte van slechts ongeveer 5 mm. Deze werken moeten met een vergrootglas worden gewaardeerd.

Rijstsnijwerk kan worden beschouwd als een druktechniek op basis van een speciaal materiaal. Druktechnologie verwijst naar het hele proces van het overbrengen van afbeeldingen en informatie naar het oppervlak van papier, textiel, plastic en andere materialen. Het is een belangrijk onderdeel van de informatie-industrie. Als een energiebesparende, milieuvriendelijke en moeilijk te kopiëren afdrukmethode wordt inktvrij afdrukken in kleur een nieuw gebied in de ontwikkeling van afdruktechnologie.

De inktvrije kleurenafdrukken maken gebruik van lasergravure, holografische technologie, elektronenstraal, ultraprecieze numerieke controleverwerking, elektrochemische en andere microverwerkingstechnologieën om digitaal geprogrammeerde micro-nanostructuren op het oppervlak van gedrukte producten te vormen. Inktvrij afdrukken in kleur kan fysieke verschijnselen genereren zoals diffractie, reflectie, breking en lichttransmissie, en zo tekens en afbeeldingen van verschillende kleuren weergeven. Het complexe fabricageproces van microstructuren maakt het moeilijk om te kopiëren.

Daarom wordt inktvrije printtechnologie veel gebruikt in verpakkingen, etikettering, anti-namaak en andere toepassingen, en het heeft de kenmerken van een ultrahoge resolutie en kan tekens op micronniveau weergeven. Vanwege de beperking van het eenvoudige principe van lichtveldmanipulatie, heeft inktvrije printtechnologie echter moeite met het produceren van meer overvloedige kleuren en complexe beeldinformatie, en heeft het grote technische obstakels ondervonden bij de diepe toepassing ervan.

Er is vraag naar een full-color, continue grijswaarden, hoge resolutie en eenvoudige structuur kleureninktvrije printverversingstechnologie om een ​​sleutelrol te spelen op gebieden zoals optische codering en anti-namaak, AR/VR, printen en verpakken, kunst creatie, informatieopslag enzovoort.

Metasurface is een nieuw type kunstmatig structuurmateriaal dat de afgelopen jaren snel is ontwikkeld. Het is samengesteld uit periodieke subgolflengtestructuren die zijn afgezet op vlakke substraten. In de optische band kunnen meta-oppervlakken, door de geometrie, grootte en oriëntatie van de subgolflengtestructuur redelijk te ontwerpen, de optische basisparameters zoals amplitude, fase en polarisatietoestand van invallend licht op nanoschaal flexibel manipuleren. Het is de voorkeurstechnologie voor het opslaan en weergeven van nanoprintafbeeldingen met ultrahoge resolutie.

Als een nieuw type optisch beeldopslag- en weergaveplatform op basis van meta-oppervlakken, is de resolutie van het opgeslagen beeld zo hoog als 80K DPI, wat niet alleen de traditionele printtechnologie ver overtreft (zoals diepdruk, die over het algemeen slechts 5K DPI is) , maar heeft ook de opmerkelijke kenmerken van een lange levensduur, nul vervuiling en rijke kleuren. Hieronder worden de resultaten weergegeven van het opnemen en reproduceren van het meisje met de parel met een meta-oppervlak met een totale grootte van ongeveer 0,6 mm ´ 1 mm.

Wat nog belangrijker is, is dat de rijke ontwerpvrijheid van meta-oppervlakken ervoor heeft gezorgd dat de op meta-oppervlak gebaseerde nanoprinttechnologie zich heeft ontwikkeld van de oorspronkelijke enkelkanaals tot de huidige meerkanaals, multifunctionele integratie en zelfs dynamische weergave, wat aantrekkelijke toepassingsperspectieven biedt op het gebied van informatieopslag, optische anti-namaak, informatieversleuteling en ultracompact display, zoals hieronder weergegeven.

In een studie gepubliceerd in Opto-elektronische wetenschap, hebben onderzoekers de ontwikkeling van metasurface-gebaseerde nanoprinting in de afgelopen jaren samengevat. Gebaseerd op het fysische principe van op metaoppervlak gebaseerde nanoprinting, bespreekt dit artikel in detail de onderzoeksvooruitgang van enkelkanaals op metaoppervlak gebaseerde nanoprinting, meerkanaals op metasurface gebaseerde nanoprinting, dynamische op metasurface gebaseerde nanoprinting en multifunctionele metasurfaces die nanoprinting combineren met holografie of metalen.

De auteurs bespreken ook de toepassingen van metasurface-based nanoprinting in beeldweergave, vortex beam generatie, informatiedecodering en verbergen, informatieversleuteling, high-density optische opslag en optische anti-vervalsing, en vat tot slot de kansen en uitdagingen samen die metasurface-based nanoprinting momenteel gezichten.