[发明专利]基于超表面实现单色随机防伪图案与双色防伪图案复用的设计方法

权利要求书

1.一种基于超表面实现单色随机防伪图案与双色防伪图案复用的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)优化设计可以在两个不同的工作波长下都可以实现起偏器的功能的纳米砖单元结构，纳米砖单元结构的尺寸参数包括：纳米砖的高度H、长度L、宽度W和单元结构中心间隔C，优化上述尺寸，使得电场方向沿纳米砖长轴的线偏振光正入射至所述纳米砖单元结构时在波长λ₁处透过率最低，同时在λ₂处透过率较高；而电场方向沿纳米砖短轴的线偏振光正入射至所述纳米砖单元结构时在波长λ₂处的透过率最低，同时在λ₁处透过率较高，此时即为优化好的纳米砖单元结构的尺寸参数；所述纳米砖单元结构由基底和刻蚀在所述基底上的纳米砖构成；

2)选取一幅由M×N个像素组成具有256级灰度等级的灰度图像image1，图像中所有像素的灰度值构成一个灰度矩阵；设I_in＝255，灰度矩阵中的每一个灰度值作为I_out0，由公式I_out0＝(sin2Φ₀)²I_in可知，每一个像素对应有四个不同的纳米砖方向角和均可得到相同的灰度值，其中，下角标m和n表示的是图像的第m行第n列的像素；

3)再选取一幅由M×N个像素组成的灰度值只有0和255的黑白二值图像image2，image2和image1像素位置一一对应；灰度值为0的像素对应比较小的灰度值I_low，该像素对应的纳米砖方向角选择和中的任意一个；灰度值为255的像素对应比较大的灰度值I_high，其中I_highI_low，该像素对应的纳米砖方向角选择和中的任意一个；依次求出所有纳米砖单元结构的方向角，构成方向角矩阵Φ；

4)将M×N个尺寸一致、方向角按照方向角排布矩阵Φ排列的纳米砖单元结构在长、宽方向上等间隔排列，构成可实现单色随机防伪图案与双色防伪图案复用的超表面；

5)单波长入射至超表面生成单色随机防伪图案：当入射光为电场方向沿x轴的波长为λ₂的线偏振光，在所述步骤4)中构成的超表面后面放置一个透光轴方向沿y轴的检偏器时，透射光形成一幅灰度图像image1；当超表面顺时针旋转22.5°后，透射光形成一幅随机防伪图案image3；

6)双波长入射至超表面生成双色防伪图案：当电场方向沿x轴的波长为λ₁和λ₂的线偏振光同时正入射至所述步骤4)中构成的超表面，然后将超表面后面的检偏器透光轴方向旋转90°至沿x轴方向时，透射光形成一幅双色防伪图案image4。

2.根据权利要求1所述的基于超表面实现单色随机防伪图案与双色防伪图案复用的设计方法，其特征在于：所述基底材料选用二氧化硅，纳米砖材料选用银。

3.根据权利要求1或2所述的基于超表面实现单色随机防伪图案与双色防伪图案复用的设计方法，其特征在于，所述步骤1)中，工作波长选用λ₁＝625nm和λ₂＝500nm；所述纳米砖的长度L为140nm，宽度W为85nm，高度H为70nm，单元结构中心间隔C为340nm。