顏色感知和三維影象是人類獲取外界資訊的重要渠道。顏色的產生、彩色影象的列印以及三維影象顯示一直以來是科學界孜孜不倦探索的領域。近些年來，由亞波長的超構原子組成的超表面結構由於具有強大的光場調控能力，開闢了色彩產生和影象資訊的新領域。不同於傳統化學顏料和染料，超表面可以對電磁波的波前及諧振強度進行深度的調控，具有低汙染，不褪色，高解析度等眾多優點，從而吸引了越來越多的人關注。然而，超表面通常需要利用複雜和昂貴的電子束曝光或者離子束刻蝕技術製作複雜的奈米結構，限制了其大規模普及和應用。利用鐳射光熱效應對貴金屬奈米結構的形貌調控，為彩色影象列印提供了一種低成本大面積的後續個性化定製技術手段。然而目前報道的鐳射列印通常採用的是預製的金和銀金屬結構模板，其大面積實用性依然受到侷限。此外，這類列印技術僅僅能夠產生二維平面圖像資訊。

近期，暨南大學研究團隊發展了一種全新的激光彩色影象列印技術可以實現大面積、低成本、高色彩飽和度和高分辨的列印技術。該技術對奈米級厚度的連續MoS2薄膜列印，突破了傳統鐳射列印技術對預製奈米結構模板的限制，提供了一種實用的、非光刻的技術手段，可以實現cm級大面積的快速彩色影象列印（圖1所示）。其空間解析度可以高達58,000 dpi。

圖1 彩色圖樣樣品展示圖

在該工作中，研究團隊揭示了納米級厚度的連續MoS2薄膜塗敷的金屬襯底結構展示了優異的層厚靈敏特性。儘管傳統光學器件設計中吸收損耗通常是要規避的負效應，研究團隊巧妙的利用材料虛部引入的介面相移，奈米級MoS2材料的奇異色散為超靈敏光場操縱方案提供了可能。透過精確操控連續鐳射緊聚焦條件，可以實現奈米級厚度的MoS2層的原子層削薄，從而該結構對奈米級厚度變化展現出超靈敏響應的光學共振，不僅實現了在全可見光範圍內產生鮮豔的反射色彩，還帶來了較大的反射振幅調製。基於上述原理，研究團隊演示了高解析度的彩色影象列印。同時，利用鐳射列印微光柵結構其振幅調製帶來高效衍射效應，進一步開發了基於光柵衍射角度色散效應的多角度立體影象三維視覺（如圖2所示）

圖2. a,激光彩色列印及雙目立體試圖示意圖

研究團隊所提出的製備方法，摒棄了複雜的電子束奈米光刻工藝，所展示的具有原子厚度精度和亞波長特徵尺寸的鐳射直寫方法為激光彩色列印揭示了新的技術路線，具有極大的可擴充套件性和實用性。透過揭示新穎的介面相移，為超靈敏光場操縱方案提供了可能，併為多功能超表面結構以及奈米級平面光學元件開闢了新的道路。

該研究工作得到了國家重點研發計劃(2018YFB1107200);國家自然科學基金(61705084);廣東省創新創業專案(2016ZT06D081) 的支援。

原文連結:https://www.nature.com/articles/s41467-021-21499-