[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

说明书

本发明公开了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，当两种波长的线偏振光同时正入射至超表面时，在其表面呈现通道一中不含有水印的双色防伪图案，旋转超表面即可切换至通道二，呈现一幅带有水印的双色防伪图案，最终实现双色双通道防伪。该设计方法巧妙，可实现两个双色防伪通道，防伪图案均为双色，相比于灰度图案人眼更易识别；通过旋转超表面进行通道切换，生成两幅不同的双色防伪图案，大大提高了防伪安全性和伪造难度，使之难以复制和仿制，因此基于本发明设计方法的防伪标签具有易识别、难伪造的优点。

技术领域

本发明涉及微纳光学技术领域，具体是指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。

背景技术

防伪是一种用于识别真伪并防止伪造、变造和克隆行为的技术手段，防伪标签是日常生活中常用的一种防伪产品。目前已出现多种防伪标签，例如：激光标签、查询式数码标签和纹理防伪标签等。这些标签往往面积较大，简单易于识别，但是同时也容易被假冒伪劣仿造者复制和伪造，无法真正做到安全防伪。只有将直观易识别和安全难仿造进行有效的结合才能对商品起到真正意义上的保护作用，任何一方的缺失都将失去防伪的功能和意义。

发明内容

本发明的目的在于提供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，当两种波长的线偏振光同时正入射至超表面时，在其表面呈现通道一中不含有水印的双色防伪图案，旋转超表面即可切换至通道二，呈现一幅带有水印的双色防伪图案，最终实现双色双通道防伪。防伪图案均为双色，相比于灰度图案人眼更易识别；通过旋转超表面进行通道切换，生成两幅不同的双色防伪图案，本发明有效地将直观易识别和安全难仿造进行结合，大大提高了防伪安全性和伪造难度。

为实现上述目的，本发明提供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：包括以下步骤：

1)优化设计可以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256(0～255)级灰度等级的灰度图像image1，该图像只有灰度等级，而没有颜色的变化。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；