[发明专利]应用于全息防伪的纳米砖阵列全息片及其设计方法

摘要

本发明涉及一种应用于全息防伪的纳米砖阵列全息片及其设计方法，衬底的工作面上蚀刻有周期性排列的纳米砖阵列单元，其工作方式为基于共振的反射式，衍射距离为1~10um；所述衬底可划分为若干与纳米砖相对应的单元结构，所有单元结构长宽高相同，单个单元结构的工作面为正方形，其边长根据电磁仿真法优化得到；纳米砖阵列单元中，纳米砖的数量和目标图像的像素数量相等，所有纳米砖的长宽高相等，其朝向角根据位相分布设计。本发明没有多余的衍射级次，成像质量好且能量基本全部被反射，效率高；相对于传统的表面浮雕型和折射率型的位相全息图，具有体积小、高度集成、重量轻以及可以批量复制等优势，可广泛应用于激光商标、全息防伪等方面。

主权项

1.一种纳米砖阵列全息片的设计方法，其特征在于，所述纳米砖阵列全息片包括：衬底的工作面上蚀刻有周期性排列的纳米砖阵列单元；所述衬底可划分为若干与纳米砖相对应的单元结构，所有单元结构长宽高相同，单个单元结构的工作面为正方形，其边长根据电磁仿真法优化得到；纳米砖阵列单元中，纳米砖的数量和目标图像的像素数量相等，所有纳米砖的长宽高相等，其朝向角根据位相分布设计；具体设计方法包括如下步骤：步骤1，根据目标图像要求确定工作波长λ，所述工作波长为可见光波段；步骤2，确定纳米砖和衬底的基本结构以及所用材料，在衬底的工作面上建立坐标系xoy，x轴和y轴分别与衬底工作面的两组边平行，纳米砖的长边方向代表长轴，短边方向代表短轴，长轴与x轴的夹角为朝向角，记作φ；步骤3，采用电磁仿真法优化纳米砖阵列全息片的几何参数，所述几何参数包括纳米砖的宽度W、长度L和高度H、衬底单个单元结构的边长C，具体实现如下，以左旋或者右旋圆偏光垂直入射，使得交叉偏振转化效率最高、同向偏振转化效率最低，扫描纳米砖的宽度、纳米砖长度和高度、衬底单个单元结构的边长，从而获得优化后的纳米砖的宽度W、长度L和高度H、衬底单个单元结构的边长C；步骤4，根据目标图像确定全息图相关参数，所述相关参数包括全息图的像素数量、大小以及衍射距离z，然后根据全息图的像素数量获得纳米砖的数量，所述衍射距离z的取值为1～10um；步骤5，采用模拟退火算法，以减小代价函数的值为优化目标，设计全息片各单元的位相分布，每个纳米砖的朝向角φ即为对应单元位相大小的一半，所述代价函数的表达式如下，Cost＝∫∫|I_o(x,y)‑αI_b(x,y)|²dxdy其中，I_o为目标光强分布，I_b表示在工作波正入射时，当前最优位相φ_b在成像面上得到的光强分布，x，y代表像素的坐标；步骤6，根据步骤4中纳米砖数量，以步骤5获得的最优位相排列纳米砖单元，完成纳米砖阵列全息片的设计。