基于光柵的結(jié)構(gòu)色呈色機(jī)理及光譜特性研究.pdf

1、分類號(hào)：TKl24密級(jí)：不保密學(xué)校代碼：10057研究生學(xué)號(hào)：12822919基于光柵的結(jié)構(gòu)色呈色機(jī)理及光譜特性研究ResearchonColorGenerationMechanismandSpectralPropeltiesBasedonGratingStructuralColor工程領(lǐng)域名稱研究方向指導(dǎo)教師姓名研究生姓名申請(qǐng)學(xué)位類別論文提交日期論文課題來(lái)源學(xué)位授予單位：輕工技術(shù)與工程：印刷復(fù)制技術(shù)及質(zhì)量控制：陳永利副教授：高敬敬：工

2、程碩士：2015年3月：國(guó)家項(xiàng)目：天津科技大學(xué)摘要顏色是人類最重要的感覺(jué)之一，對(duì)顏色與光的探究一直長(zhǎng)久以來(lái)的研究課題。顏色可以分為色素色和結(jié)構(gòu)色兩類。前者是依靠顏料對(duì)光的選擇性吸收形成，后者依賴自身特殊的組成結(jié)構(gòu)對(duì)光線的特殊作用，它所形成的色彩有普通顏料不具備的眾多優(yōu)點(diǎn)：高亮度、高飽和度、不退色、特殊效果等等，成為顏色科學(xué)界的關(guān)注焦點(diǎn)。本論文以電磁學(xué)FDTD(時(shí)域有限差分法)為理論基礎(chǔ)，基于周期性光柵微結(jié)構(gòu)的呈色機(jī)理，用FDTDsolu

3、tions設(shè)計(jì)出具有顏色特性的”非對(duì)稱光柵結(jié)構(gòu)”，研究了不同光柵參數(shù)包括脊柱、梯柱、周期、材料和入射條件等對(duì)其顏色光譜特性曲線峰值的影響及變化規(guī)律。在MatlabR2009a中采用FDTD的計(jì)算原理，改變各個(gè)參數(shù)進(jìn)行FDTD的反射率分析，得到對(duì)應(yīng)的特征光譜曲線比較圖。分析光譜曲線的變化特征，優(yōu)化光柵結(jié)構(gòu)模型，得到了”最優(yōu)結(jié)構(gòu)模型”，并研究了非結(jié)構(gòu)參數(shù)包括周期、背景折射率、介質(zhì)折射率、光源入射角度等對(duì)“最優(yōu)結(jié)構(gòu)”呈色的影響規(guī)律。獲得了具有

4、最大峰值特征的結(jié)構(gòu)模型，研究了該模型的反射率、電磁強(qiáng)度等光學(xué)特征。研究結(jié)果表明，特殊的光柵微結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生特定的結(jié)構(gòu)色?！狈菍?duì)稱結(jié)構(gòu)”的不同參數(shù)對(duì)光譜特性曲線峰值的影響不一樣。隨著周期的逐漸增大，并非波峰值成正比增大，周期超過(guò)900m后波峰值開(kāi)始降低，顏色為混合色：隨著周期的增大，波峰值的位置向長(zhǎng)波長(zhǎng)內(nèi)偏移，顏色的色相發(fā)生了改變。背景折射率越大，光譜反射率越低，光譜峰越向長(zhǎng)波方向偏移；當(dāng)背景折射率超出特定范圍后，其結(jié)構(gòu)色現(xiàn)象將隨著光譜峰值

5、的降低而逐漸減弱。結(jié)構(gòu)介質(zhì)折射率變化所導(dǎo)致的反射光譜在峰值和峰位置兩方面的改變都是比較顯著的。隨著材料介質(zhì)折射率的變大，反射峰發(fā)生偏移同時(shí)峰的半寬變大。入射光斜入射時(shí)，反射峰相對(duì)正入射時(shí)的峰有紅移，但是峰的半寬減小。反射光譜隨著入射角的改變(0。一300)不同，峰的位置有明顯的改變，也就是說(shuō)，當(dāng)沿著軸向變角度觀察時(shí)，結(jié)構(gòu)的顏色是不同的。對(duì)于“最優(yōu)結(jié)構(gòu)”的光學(xué)特性研究表明：改變相應(yīng)的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)顏色的可控，即所謂的變色?！弊顑?yōu)結(jié)構(gòu)”的頂部

6、3層薄片對(duì)結(jié)構(gòu)的呈色做出了較大的貢獻(xiàn)，其將大部分光反射回去，只有少數(shù)光能透至第3層薄片?！弊顑?yōu)結(jié)構(gòu)”的光柵區(qū)和透射區(qū)均有大面積青色區(qū)域而入射區(qū)的紅色面積較小，這表明：當(dāng)上層薄片的寬度值較小時(shí)，即使下層薄片寬度達(dá)到約束上限，雖然也會(huì)有較多的光能透過(guò)結(jié)構(gòu)，但是反射率較低，呈色效果較差。同時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)仿真的時(shí)間研究表明，在前10fS內(nèi)結(jié)構(gòu)基本沒(méi)對(duì)光進(jìn)行反射，在1020fS時(shí)間內(nèi)，結(jié)構(gòu)將大部分的光進(jìn)行了反射，隨后逐漸減弱為準(zhǔn)直線。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)色；