南京大學在新光學材料研究方面取得進展
利用新型超表面實現(xiàn)了全可見光波段的極端不對稱光散射,進而實現(xiàn)了一種融合了高透明性與啞光特征的宏觀光學材料,其可以在保持完美透明性的同時,展現(xiàn)出如粗糙物體表面一般的啞光外貌。
最后,圖3展示了基于透明啞光表面的一種新透明顯示方案,即把透明玻璃變成顯示屏。透明啞光表面的漫反射類似于電影院的幕布功能,可以投影顯示。再結合高透明性,就實現(xiàn)了透明顯示。圖3A展示了實驗設置。樣品的后側放置了一支向日葵,投影儀將彩色蝴蝶投影到樣品的前側,并在同一側用相機拍攝。圖3B展示了樣品為透明啞光表面時拍攝的照片。顯然,投影的蝴蝶和樣品后面的向日葵都非常清晰。作為對比,如果用防眩光膜替代了透明啞光表面(圖3C),此時蝴蝶明顯暗淡了許多,同時向日葵也變得十分模糊。有趣的是,基于透明啞光表面的投影顯示還具有單側顯示的特征。圖3E展示了投影彩色鉛筆時從前后側分別拍攝的照片,可見前側鉛筆十分清晰,而后側則幾乎看不清鉛筆。這再次驗證了極端不對稱的光散射。作為對比,使用防眩光膜時(圖3F),前后拍攝到的鉛筆亮度相近,意味著防眩光膜中的光散射在前后都存在。 圖3.基于透明啞光表面的透明顯示 綜上所述,透明啞光表面在全可見光波段融合了透射清晰成像與完美漫反射,實現(xiàn)了一類特殊的光學材料,解決了光學中透明性與啞光外貌無法兼容這個難題。透明啞光表面技術具備廣闊的應用價值,甚至可能帶來顛覆性的改變。例如,想象一輛汽車在外部看起來完全沒有窗戶,但內部的駕駛員卻可以毫無阻礙地看到外界;或者一個四面都被墻壁包圍的房子,當里面的人向外看時,墻壁卻好像是透明玻璃一樣,可以無礙地欣賞外界的全部景色。有了透明啞光表面,這些科幻場景不再是不可能實現(xiàn)的。此外,透明啞光表面還有望以較低的成本來實現(xiàn)大面積的動態(tài)高清透明顯示,可用于車載顯示、櫥窗顯示、增強現(xiàn)實等科技。 該研究成果以“Matte surfaces with broadband transparency enabled by highly asymmetric diffusion of white light”為題于2024年3月15日發(fā)表在國際重要期刊《科學進展》上。本文第一作者為南京大學褚宏晨副研究員(現(xiàn)為南京師范大學研究員)和南京大學熊翔教授,通訊作者為南京大學賴耘教授、彭茹雯教授和王牧教授,合作者包括香港大學Nicholas X. Fang教授。研究工作得到了南京大學物理學院、固體微結構物理國家重點實驗室、人工微結構科學與技術協(xié)同創(chuàng)新中心等平臺支持,以及科技部重點研發(fā)計劃,國家自然科學基金等項目資助。 相關鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm8061 |
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