[发明专利]一种光致变多色的零级衍射光栅及其制造方法

说明书

本发明公开了一种光致变多色的零级衍射光栅及其制造方法，属于光致变多色衍射光栅领域。该制造方法包括：按照给定的能够实现光致变多色的设计目标，先获得多组满足设计目标的光栅的光学结构和配置参数Q的解；对这些解分别进行蒙特卡洛模拟，在同样误差条件下，选择包络线内整体光谱曲线最多的一组解作为Q的最优解，并对最优解中的各个参数进行灵敏度分析和灵敏度排序；然后按照最优解的制造参数制备全息防伪包装的零级衍射光栅，并在制备过程中按照确定的灵敏度顺序，优先保证灵敏度高的制造参数的精度。本发明能够在实际生产中提高成品率，降低制造成本。

技术领域

本发明属于光致变多色衍射光栅领域，更具体地，涉及一种光致变多色的零级衍射光栅的制造方法。

背景技术

从显示原理上来看，颜色可分为两类,一类是通过色素产生的化学色，另一类是通过光与微结构相互作用而产生的结构色。色素是会产生颜色的物质,通常它由有机分子和离子组成，从本质上来说,色素色来源于电子在分子轨道间的跃迁。

结构色,又称物理色,是不含任何色素因素的纯物理结构所产生的颜色。结构色是由于物体微观结构对可见光进行选择性反射和透射而呈现颜色。与色素色相比，结构色有以下几个特点：一是结构色与物质微结构和物质材料性质有关。只要产生结构色的微结构及其材料的物理和化学性质不变,结构色就永不褪色。二是结构色是物理色,运用结构产生颜色比运用色素产生颜色更环保。三是结构色通常具有虹彩效应,也就是说观测到的色彩具有方向性,所以在防伪和装饰领域有很广阔的应用前景。

颜色与可见光的波长相关,单色光的波长由短到长,颜色则由紫色，蓝色，青色，绿色，黄色，橙色到红色，可见光波长范围390～760nm，七色光的波长范围分别是：紫光，435～390nm，蓝光，450～435nm，青光，492～450nm，绿光，577～492nm，黄光，597～577nm，橙光，622～597nm，红光：760～622nm。

光栅衍射产生的颜色是结构色，衍射光栅的结构不同，颜色也不同，颜色的波长范围自然不同，在可见光范围内使用的亚波长衍射光栅周期小于入射光波长，在入射角满足一定条件时，衍射光只有零级衍射光得以传播。理论计算和实际检测表明亚波长衍射光栅的零级衍射效率随入射光方位角(入射面与光栅槽矢量的夹角)的变化具有对入射光波长的选择性，即在不同的方位角入射时，达到最大衍射效率的光波长是不同的。由于没有高级次衍射波，零级衍射波的衍射效率很高，所以应用在可见光波段时，用肉眼就可很容易的分辨出衍射光的颜色，当入射光的入射方位角变化时，可被观测到的光的波长(颜色)也不同。

这种被称为光致变色特性在防伪技术上得到了重要应用,具有良好滤波特性的亚微米制作的防伪产品具有容易判别的特点和很好的防复制功能，其防伪效果可用肉眼观察也可以用仪器检测，同时具有一线和二线防伪能力，已经成为近年来发展起来的一种重要防伪手段。

【张泽全，黄元申，张大伟，庄松林等.具有特定滤波特性的防伪用亚微米光栅的设计和制作，仪器仪表学报，2008，29(12)：2642-2645.】

【王琦，导模共振亚波长器件的机理及特性研究，博士学位论文:上海理工大学；2012.】

以上文献公开了一种零级衍射亚微米光栅设计，通过遗传算法，优化计算得到了光致变色红绿颜色的解，既该解的光栅从一个方向观察是红色的话，观察角度水平方向改变90度，看到的颜色变成了绿色。虽然上述文献对计算的结果做了误差分析，但仍难以判断几个不同设计结果的优劣来满足实际需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光致变多色转换的零级衍射光栅的制造方法，其目的在于，通过对能够实现光致变多色转换的多组解，进行允差分析和灵敏度分析，从而确定最优解，即选取出成品率最高的光栅结构和配置参数，以及对应的制造误差，进而基于最优解进行光栅制造，提高产品成品率，由此解决现有技术难以判断设计结果优劣，不利于产业利用的技术问题。