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用单色激光器打造彩色世界

日期:2019-03-12

最近,《Optical Materials Express》上的一篇研究文章表明,俄罗斯科学家开发了一种神奇的新型激光打印技术,使用简简单单的商用单色激光器就能够在金属表面上创建彩色图像。

单色激光器打印彩色图案,这听上去是不是很不可思议呢?众所周知,激光器发出的光具有非常好的相干性,光的波段范围非常窄,一般我们把激光视为单色性非常好的单色光。既然是单色光,那怎么打印出彩色图案呢?

根据论文中的报道,圣彼得堡国立信息技术、机械与光学大学ITMO的研究人员能够改变激光器的“加工参数”, 他们能够控制在较宽的温度范围内金属表面加热的程度,从而可以通过三种方法实现彩色打印的目的。这些技术并不特别耗时,既可以用于创建大彩色图像,也可以用于创建小彩色图像。那么它们的具体工作原理是什么呢?

第一种方法:激光照射到金属表面,使金属在较宽的区域上产生一层薄薄的氧化膜,这就是激光氧化过程。在这一过程中激光发生了干涉,金属表面就会产生出特定的颜色。

第二种方法:激光可以在金属表面上产生亚波长的颗粒,当这些粒子被环境光击中的时候,表面等离子体共振使得表面区域呈现出某种颜色,不同的颗粒形状和尺寸产生不同的颜色。所谓的等离子体共振是一种光学现象,当光在金属表面发生全反射时,会形成消逝波进入到光疏介质中,而在介质中又存在这一定的等离子波。当两种光波相遇时就有可能发生共振。当消逝波与表面等离子波发生共振时,发射光强会大幅度地减弱,能量从光子转移到表面等离子体,大部分光能被等离子波吸收。




第三种方法:这种方法是利用激光来部分地熔化金属的表面层,在金属表面形成一系列精细的平行凹槽,与周期性光栅类似。这样的周期性光栅结构能够对光起到散射作用,在金属表面的不同观察角度处呈现不同的颜色。研究人员称,激光氧化和周期性光栅工艺已经足够可靠,可用于大规模生产。目前他们正在开发纳米工艺,以使其在日常使用中更稳定。


尽管研究人员已经可以使用激光在金属表面上创建彩色图像,但是不同类型的激光必须用于不同的效果。