[发明专利]基于超表面实现带有水印的双色双通道防伪的设计方法

权利要求书

1.一种基于超表面实现带有水印的双色双通道防伪的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)优化设计在两个不同的工作波长λ₁和λ₂下都可以实现起偏器的功能的纳米砖单元结构：通过电磁仿真软件优化纳米砖单元结构的尺寸参数，包括纳米砖的高度H、长度L、宽度W和单元结构中心间隔C，使得电场方向沿纳米砖长轴的线偏振光正入射至所述纳米砖单元结构时在波长λ₁处透过率最低，同时在λ₂处透过率较高；而电场方向沿纳米砖短轴的线偏振光正入射至所述纳米砖单元结构时在波长λ₂处的透过率最低，同时在λ₁处透过率较高；所述纳米砖单元结构由基底和刻蚀在所述基底上的纳米砖构成；

2)选取一幅由m×n个像素组成具有0～255级灰度等级的灰度图像image1；图像中所有像素的灰度值构成一个灰度矩阵，设I_in＝255，灰度矩阵中的每一个灰度值作为I_out0，根据公式I_out0＝(cosΦ₀)²I_in可求出对应的纳米砖单元结构的方向角Φ₀，所有方向角构成第一方向角矩阵

3)再选取一幅由M×N个像素组成的灰度值只有0和255的包含水印图案的黑白二值图像image2，灰度值为255的像素构成水印图案，对应的纳米砖单元结构方向角为45°；灰度值为0的像素构成背景图案，对应的纳米砖单元结构方向角为-45°；所有像素对应的方向角值构成第二方向角矩阵

4)从image2灰度值为0的背景图案中选取包含m×n个像素的连续区域，将这些像素位置对应的第二方向角矩阵中的方向角值替换成第一方向角矩阵中的值，最终构成第三方向角矩阵Φ；

5)超表面由M×N个尺寸一致，仅方向角不同的纳米砖单元结构在x、y方向上等间隔排列构成，各纳米砖单元结构的方向角按照第三方向角矩阵Φ进行排布；

6)当两种波长λ₁和λ₂的电场方向沿x轴的线偏振光同时正入射至超表面时，其表面呈现一幅不含有水印的双色防伪图案image3；将超表面顺时针旋转45°可以生成另一幅带有水印的双色防伪图案image4，最终实现双色双通道防伪。

2.根据权利要求1所述的基于超表面实现带有水印的双色双通道防伪的设计方法，其特征在于：所述纳米砖单元结构的基底材料选用二氧化硅，纳米砖材料选用银。

3.根据权利要求1或2所述的基于超表面实现带有水印的双色双通道防伪的设计方法，其特征在于，所述步骤1)中，工作波长选用λ₁＝625nm和λ₂＝500nm；所述纳米砖的长度L为140nm，宽度W为85nm，高度H为70nm，单元结构中心间隔C为340nm。

4.根据权利要求1或2所述的基于超表面实现带有水印的双色双通道防伪的设计方法，其特征在于，所述步骤2)中，方向角Φ₀为纳米砖单元结构的长轴与x轴之间的夹角，取值范围为-180°～180°。

5.根据权利要求3所述的基于超表面实现带有水印的双色双通道防伪的设计方法，其特征在于，所述步骤2)中，方向角Φ₀为纳米砖单元结构的长轴与x轴之间的夹角，取值范围为-180°～180°。

6.根据权利要求1或2或5所述的基于超表面实现带有水印的双色双通道防伪的设计方法，其特征在于，如步骤2)、步骤3)所述，其中M＞m且N＞n。