研究背景和技术挑战 基于超表面的彩色滤光片（colorfilter，CF）因其独特的光学性能而比使用颜料和有机颜色的彩色滤光片在纳米加工技术的改进中备受关注。有许多基于超表面的CF用于产生蓝色（B），绿色（G）和红色（R）以表现出过滤特性，其结构包括全电介质，金属，绝缘体金属绝缘体和金属绝缘体金属等纳米结构。这些CF的物理机制是由入射光和金属纳米结构之间的表面等离子体共振（SPR）或全介电纳米结构内的米氏共振引起的。由于基于超表面的CF具有出色的滤色特性，已在宏观彩色全息图、偏振片、高分辨率彩色打印、防伪、颜色切换、信息编码、传感和成像应用中得到证明。 由于金属材料的吸收作用，全金属等离子体纳米结构不可避免地会发生显著的固有欧姆损耗，而全介质材料具有低吸收损耗，由全介质纳米结构组成的CF可以产生明亮纯净的颜色。因此对全介质超表面CF的研究能够克服基于金属材料的缺点。此外，全介质纳米结构还具有易于制造和低成本效益的优点，因此备受关注。 研究内容和亮点 来自中山大学（SunYatSenUniversity，SYSU）纳机电光学实验室（NanoElectricalMechanicalOptics，NEMO）的林佑昇教授课题组提出了在石英衬底上基于全介质的超表面彩色滤光器件，这些CF由具有四种不同几何形状的TiO2纳米盘组成，分别命名为CF1，CF2，CF3，和CF4，如图1（a）所示。所提出的CF可以根据米氏共振理论通过改变几何参数来适当地设计以产生生动的RGB颜色。这些提出的基于超表面的CF具有高色彩饱和度和超窄带宽。此外，具有不同形状的CF显示出颜色切换的可调性和偏振相关特性。相关研究成果以Alldielectricmetasurfacewithultrahighcolorfilteringandpolarizationindependentdependentcharacteristics为题目发表在JournalofAppliedPhysics2022年第132期（JournalofAppliedPhysics，2022，132（6），063102）。 图（a）CFs器件阵列及其单元结构示意图；（b）CF1反射光谱；（c）CF1透射光谱；（d）CF1反射光谱对应的CIE1931色度坐标；（e）CF1透射光谱对应的CIE1931色度坐标 CF1的反射和透射光谱以及其对应的CIE1931色度坐标如图1（b）到（d）所示。CF2和CF3在蓝光、绿光和红光波段的反射光谱如图2所示，图4展示了CF4的反射光谱。研究得出，对于蓝光、绿光和红光滤光特性，CF1的反射强度分别为0。996、0。997和0。951，相应的RGB颜色的光谱带宽分别为14nm，16nm和13nm。CF2具有与CF1相同的出色滤色和偏振无关特性，具有高色彩饱和度和超窄带宽。此外，CF3和CF4展示出其具有颜色切换的可调性和偏振相关特性，在极化开关应用中具有巨大的潜力。 图2（a）（c）分别代表CF2在蓝光、绿光和红光波段反射强度与不同r值的关系；（d）（f）分别代表CF3在TETM模式下在蓝光、绿光和红光波段反射强度与不同d值的关系 图3在（ac）TE和（df）TM模式下，CF4在不同的值下的反射光谱；其中（a），（d）为蓝光波段反射光谱、（b），（e）为绿光波段反射光谱，（c），（f）为红光波段反射光谱 结果表明，课题组所提出的四种不同形状的超表面CFs，能够产生高色彩饱和度和和高反射强度的RGB光谱，并且具有超窄带宽。此外，具有不同形状的CF显示出颜色切换的可调性和偏振相关特性。这些CF设计将潜在地受益于反射式显示技术，CF1和CF2的超高滤色特性对于高分辨率彩色印刷和微型LED特别有用。此外，CF3和CF4的偏振相关特性使它们可以用作偏振开关，可调颜色开关等。 本研究工作得到广东省基础于应用自然科学基金项目（2021A1515012217）、国家自然科学基金项目（11690031）等的大力支持。 原文信息 标题 Alldielectricmetasurfacewithultrahighcolorfilteringandpolarizationindependentdependentcharacteristics 期刊 JournalofAppliedPhysics132，063102（2022） 作者 RongpengFang，ZhenshanYu，KunlinChen，andYuShengLin 原文链接 https：doi。org10。10635。0098286 期刊介绍 JournalofAppliedPhysics是一本有影响力的国际期刊，出版科研论文、新的或改进的方法、关于该领域最新进展的前瞻性文章和综述、作为社区教育材料的教程等。 关于AIP出版社 美国物理联合会出版社（AIP出版社）是美国物理联合会（AIP）旗下的非营利独资出版社。AIP出版社的使命是在物理和相关科学领域开展学术出版活动，以支持AIP的慈善、科学和教育目标。我们也代表出版合作伙伴进行出版活动，以帮助其积极推进自身的使命。访问主页：https：publishing。aip。org
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