CN111007583A - 三通道防伪超表面的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微纳光学及光学防伪技术领域，公开了一种三通道防伪超表面的设计方法，包括如下步骤：纳米砖阵列，纳米砖阵列包括多个纳米砖结构单元，优化获得纳米砖结构单元具有不同光谱响应的至少两组备选尺寸参数；确定三通道防伪超表面在三个通道需要进行复用的连续灰度图像、防伪的第一双色图像以及第二双色图像；由三个通道的图像，依据纳米砖单元结构的光谱响应特性以及偏振响应特性来排列纳米砖单元结构的尺寸和纳米砖转向角，构成三通道防伪超表面阵列结构。本发明设计的超表面在线偏振光波照明下能够显示通道一、通道二的图像，在白光照明下能够展现第二双色图像，其具有设计灵活、结构紧凑、安全性高、多通道显示以及隐蔽性强等优点。

Description

三通道防伪超表面的设计方法

技术领域

本发明涉及微纳光学及光学防伪技术领域，尤其涉及一种三通道防伪超表面的设计方法。

背景技术

随着市场经济和信息技术的迅猛发展，一些传统的防伪手段不断被不法分子破解，防伪技术的改进与转型成为必然。光学系统相比其他系统而言具有并行数据处理能力，当进行大量信息处理时，光学系统的并行处理能力占有绝对的优势，并且随着所处理的图像越复杂，信息量越大，这种优势越明显。它比电子加密系统具有更多的自由度。光学防伪作为防伪技术的一种，通过利用光和物质作用时的一些特性获得某种特殊的视觉效果，达到防伪的目的。它主要包括光学信息处理防伪检测技术、光学全息防伪检测技术、光学频率转换防伪检测技术、光学图像防伪。

超表面材料能够在亚波长尺度对光波电磁场的振幅、相位和偏振态等进行灵活有效的调控，并且具有尺寸小、重量轻、加工方便等优势，已被广泛应用于光学的各个领域。利用超表面复用的方法，可以显著提高利用超表面进行光学防伪的安全性，并且多通道复用的方式也使得超表面的信息密度能够得到提高。目前用于超表面进行防伪的方法，在结构的简单性、设计的灵活性、信息密度以及防伪的安全性等方面还有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三通道防伪超表面的设计方法，本发明设计的三通道防伪超表面可以实现三重防伪，显著提高了防伪的安全性，防伪设计也具有极大的灵活性。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种三通道防伪超表面的设计方法，包括如下步骤：

构建纳米砖阵列，所述纳米砖阵列包括多个纳米砖结构单元，纳米砖结构单元的纳米砖转向角为θ，优化获得纳米砖结构单元具有不同光谱响应的至少两组备选尺寸参数，至少两组备选尺寸的纳米砖结构单元光谱响应的峰值位置不同，但是在特定波长λ₀下沿至少两组备选尺寸的纳米砖结构单元的反向圆偏振光的转化率相等，以工作波长的圆偏振光垂直入射各组备选尺寸的纳米砖结构单元时其功能均等效为微纳半波片。

以强度为I₀、偏振方向为α₁且波长为λ₀的线偏振光依次入射纳米砖结构单元以及检偏方向为α₂的检偏器，得到出射光强与所述线偏振光的偏振方向α₁、纳米砖结构单元的纳米砖转向角θ以及检偏器的检偏方向α₂之间的函数关系；设计灰度图像，根据灰度图像显示要求的灰度分布以及上述的函数关系，计算得出所述纳米砖阵列中每个纳米砖结构单元中的纳米砖转向角θ的四个可选值；

设计第一双色图像，根据第一双色图像显示的强度值结合上述步骤中得到的函数关系从计算出的纳米砖转向角θ的四个可选值中确定出纳米砖阵列中各纳米砖结构单元对应的纳米砖转向角的最终值；

设计第二双色图像，根据第二双色图像显示的强度要求从上述各种备选尺寸参数中确定出纳米砖结构阵列中各位置处的纳米砖结构单元对应的尺寸参数，再将各位置处对应尺寸的纳米砖结构单元中的纳米砖转向角按照上述步骤确定好的相应的纳米砖转向角的最终值进行排布，从而获得所需的超表面材料；

以一定的线偏振光入射所述超表面材料，经过相应的检偏器后显示连续灰度图像；当将超表面材料旋转特定角度时，继续以该线偏振光入射所述超表面材料再经过检偏器后，显示第一双色图像；当以宽光谱光波入射所述超表面材料，显示第二双色图像。

进一步地，所述纳米砖结构单元包括工作面和设置在所述工作面上的纳米砖，以平行于所述工作面的两条边的方向分别设为x轴和y轴建立xoy坐标系，所述纳米砖上与工作面平行的面上具有长轴L和短轴W，所述纳米砖转向角θ为所述纳米砖的长轴L与x轴的夹角。

进一步地，所述纳米砖结构单元的结构参数包括所述纳米砖的长轴L、短轴W和高H以及所述工作面边长C的尺寸，且长轴L与短轴W不相等。

进一步地，所述纳米砖结构单元功能等效为微纳半波片时，出射光强I与入射光强I₀、所述线偏光偏振方向α₁、纳米砖转向角θ以及检偏器的检偏方向为α₂之间的函数关系为：I₁＝I₀[cos(2θ-α₂-α₁)+cos(α₂-α₁)]²。

进一步地，当检偏器的检偏方向α₂与入射线偏振光的偏振方向α₁之间的夹角为π/2时，以线偏振光入射所述超表面材料，经过相应的检偏器显示灰度图像；当将超表面材料沿其光轴旋转π/8时，继续以该线偏振光入射所述超表面材料，经过检偏器后显示第一双色图像。

进一步地，当检偏器的检偏方向α₂与入射线偏振光的偏振方向α₁之间的夹角为π/2时，以单色线偏振光入射所述超表面材料经检偏器后出射光强I₁：

I₁＝I₀[cos(2θ-2α₂-π/2)]²；

当将超表面材料沿其光轴旋转π/8时，继续以该线偏振光入射所述超表面材料出射光强I₂为：

I₂＝I₀[cos(2θ-2α₂-3π/4)]²；

上述出射光强I₁和出射光强I₂对应的归一化强度分别为：

I₁′＝cos²(2θ-2α₂-π/2)

I₂′＝cos²(2θ-2α₂-3π/4)

确定纳米砖转向角θ的四个可选值分别对应I₁′>I₂′、I₁′<I₂′中的哪种情况；

第一双色图像中任意像素点的出射光强度值为I_双1或I_双2，设定I_双1<I_双2，选取第一双色图像中任意像素点，当该像素点的出射光强度值为I_双1，则该像素点对应的纳米砖结构单元选择I₁′>I₂′对应的纳米砖转向角θ的可选值；当该像素点的出射光强度值为I_双2，则该像素点对应的纳米砖结构单元选择I₁′<I₂′对应的纳米砖转向角θ的可选值。

进一步地，第二双色图像的像素值分别为0或1，选取第二双色图像上任意一像素点，当该像素点的像素值为0时选择其中一种备选尺寸参数的纳米砖结构单元；当该像素点的像素值为1时选择另一种备选尺寸参数的纳米砖结构单元。

进一步地，所述工作面采用二氧化硅制成，所述纳米砖采用硅材料制成。

本发明的另一个目的是提供一种根据上述的三通道防伪超表面得到的超表面材料。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1.本发明通过优化设计纳米砖单元结构具有不同光谱响应的至少两组尺寸参数，根据强度调制的简并性以及纳米砖单元结构的光谱响应实现三通道的光学防伪；本发明设计的超表面在单色线偏振光波照明下能够显示通道一、通道二的图像，在白光照明下能够展现第二双色图像；

2.本发明三个通道中的图像可以独立设计，并且能够在不同光波入射下进行显示，因此设计的三通道防伪超表面可以实现三重防伪，显著提高了防伪的安全性，防伪设计也具有极大的灵活性；利用该超表面进行防伪，相较于现有的光学防伪手段，具有结构紧凑、安全性高、多通道显示以及隐蔽性强等优点。

附图说明

图1是本发明中实施例中三通道超表面材料的设计方法流程图；

图2为本发明实施例中纳米结构单元的结构示意图；

图3是本发明实施例中优化设计的纳米砖单元结构两组尺寸参数对应的光谱响应；

图4是本发明实施例中各向异性的纳米砖结构单元绕光轴旋转π/8前后归一化强度调制示意图；

图5是本发明实施例中选择的连续灰度图像；

图6是本发明实施例中选择的第一双色图像；

图7是本发明实施例中选择的第二双色图像；

图8是本发明实施例提出的三通道超表面通道一和通道二显示的光路示意图；

图9是本发明实施例中通道二的图像显示的仿真结果；

图10是本发明实施例中由两种尺寸、不同的纳米砖转向角的纳米砖单元结构在长宽方向上等间隔排列构成的纳米砖阵列结构示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本发明提供一种三通道防伪超表面的设计方法，如图1所示，包括如下步骤：

首先，构建纳米砖阵列。纳米砖阵列包括多个纳米砖结构单元，纳米砖结构单元包括工作面和设置在工作面上的纳米砖，以平行于工作面的两条边的方向分别设为x轴和y轴建立xoy坐标系，纳米砖上与工作面平行的面上具有长轴L和短轴W，在本发明中L≠W，从而使得纳米砖结构单元具有各向异性。纳米砖还具有与工作面垂直的高H，纳米砖的转向角θ为纳米砖的长轴L与x轴的夹角。优化获得纳米砖结构单元具有不同光谱响应的至少两组备选尺寸参数，至少两组备选尺寸的纳米砖结构单元光谱响应的峰值位置不同但其的光谱响应在某个特定波长λ₀下存在明显的重合，即在特定波长λ₀下沿至少两组备选尺寸的纳米砖结构单元的反向圆偏振光的转化率相等，以工作波长的圆偏振光垂直入射各组备选尺寸的纳米砖结构单元时其功能均等效为微纳半波片，因为在波长为λ₀时两组尺寸参数的纳米砖单元结构的响应相同，所以考虑在波长λ₀的光波入射的情况下根据纳米砖单元结构的偏振调制特性设计纳米砖单元结构的纳米砖转向角。优化得到的两组备选尺寸参数的纳米砖结构单元以工作波长的单色光波垂直入射时其功能均等效为微纳半波片；

以强度为I₀、偏振方向为α₁且波长为λ₀的线偏振光依次入射纳米砖结构单元以及检偏方向为α₂的检偏器，得到出射光强与所述线偏振光的偏振方向α₁、纳米砖结构单元的纳米砖转向角θ以及检偏器的检偏方向α₂之间的函数关系；设计连续灰度图像，根据灰度图像显示要求的灰度分布以及上述的函数关系，计算得出所述纳米砖阵列中每个纳米砖结构单元中的纳米砖转向角θ的四个可选值；在该步骤中，涉及的工作原理如下：

由于在波长为λ₀时至少两组备选尺寸参数的纳米砖单元结构的响应相同，因此在波长为λ₀时至少两组备选尺寸参数的纳米砖单元结构可以用相同的琼斯矩阵来描述。优化设计的各项异性纳米砖单元结构在转向角为θ时其琼斯矩阵可以表示为：

式中，R(θ)是旋转矩阵，θ为纳米砖长轴方向与x轴的夹角，A和B分别是沿着纳米砖长轴和短轴的复反射(或者透射)系数。

当线偏振光通过一个各向异性纳米砖单元结构之后再通过一个检偏器，透射光波的琼斯矢量表示为：

式中，α₁是入射线偏振光的振动方向与x轴的夹角，α₂是检偏器的透光轴方向与x轴的夹角。

当入射线偏振光的强度是I₀，该线偏振光通过各向异性纳米砖单元结构之后再通过检偏器出射光的强度为：

当纳米砖单元结构呈现各向异性时，A≠B，并且当起偏器的透光轴方向与检偏器的透光轴方向垂直时，即α₂＝α₁+π/2时：

若将纳米砖单元结构沿其光轴旋转π/8，且保持起偏器与检偏器的透光轴方向不变，则α₂′＝α₂-π/8，α₁′＝α₁-π/8，此时：

当纳米砖单元结构功能相当于微纳半波片时，A＝1,B＝-1。因此式(4)可以简化为：

I₁＝I₀cos²(2θ-2α₂-π/2)#(6)

式(5)可以简化为

I₂＝I₀cos²(2θ-2α₂-3π/4)#(7)

上述出射光强I₁和出射光强I₂对应的归一化强度分别为：

I₁′＝cos²(2θ-2α₂-π/2)#(8)

I₂′＝cos²(2θ-2α₂-3π/4)#(9)

设计第一双色图像，第一双色图像中任意像素点的出射光强度值为I_双1或I_双2，设定I_双1<I_双2；确定纳米砖转向角θ的四个可选值分别对应I₁′>I₂′、I₁′<I₂′中的哪种情况；选取第一双色图像中任意像素点，当该像素点的出射光强度值为I_双1，则该像素点对应的纳米砖结构单元选择I₁′>I₂′对应的纳米砖转向角θ的可选值；当该像素点的出射光强度值为I_双2，则该像素点对应的纳米砖结构单元选择I₁′<I₂′对应的纳米砖转向角θ的可选值，根据上述方法确定出纳米砖阵列中各纳米砖结构单元对应的纳米砖转向角的最终值；

设计第二双色图像，第二双色图像的像素值分别为0或1，选取第二双色图像上任意一像素点，当该像素点的像素值为0时选择其中一种备选尺寸参数的纳米砖结构单元；当该像素点的像素值为1时选择另一种备选尺寸参数的纳米砖结构单元；根据确定好的各位置处对应尺寸的纳米砖结构单元中的纳米砖转向角按照上述步骤设计好的相应的纳米砖转向角的最终值进行排布，从而获得所需的超表面材料；

当检偏器的检偏方向α₂与入射线偏振光的偏振方向α₁之间的夹角为π/2时，以线偏振光入射所述超表面材料，经过相应的检偏器显示灰度图像；当将超表面材料沿其光轴旋转π/8时，继续以该线偏振光入射所述超表面材料，经过检偏器后显示第一双色图像。

本发明通过设计组成超表面材料的纳米砖结构单元的纳米砖转向角和几何尺寸，能够通过一个超表面实现三通道的信息防伪。通过单色线偏振光波入射，入射光波的波长选择使优化设计的尺寸参数的纳米砖结构单元调制特性相等的波长，起偏器与检偏器的透光轴方向保持正交，通过将超表面沿光轴旋转π/8，可以实现在通道一与通道二之间信息的切换；采用白光入射该超表面，通道三中的图像可显示第二双色图像。

为了更加清楚地说明本发明，下面结合具体的实施例对发明进行更加详细的说明，本发明实施例的纳米砖阵列包括多个纳米砖结构单元，纳米砖结构单元由透明基底和刻蚀在其工作面上的纳米砖构成。本发明中所采用的纳米砖阵列由硅-二氧化硅构成的结构，即纳米砖由硅材料制成，透明基底由二氧化硅制成。单个纳米砖结构单元如图2所示，纳米砖结构单元的基底上具有边长为C的正方形工作面，其上刻蚀有一个纳米砖，纳米砖结构单元由1-基底和2-纳米砖构成。以平行于工作面的两条边的方向分别设为x轴和y轴建立xoy坐标系，纳米砖上与工作面平行的面上的具有长轴L和短轴W，纳米砖还具有与工作面垂直的高H，其中长轴L、短轴W以及高H均为亚波长级。纳米砖结构单元中的纳米砖转向角θ为纳米砖的长轴L与x轴的夹角，即纳米砖转向角θ的取值范围为0～π。

在本发明中纳米砖的长短轴尺寸存在差异，沿两个方向的电磁响应也将不同，因此纳米砖单元结构能够具备各向异性，对不同偏振态的光波响应不同。此外，纳米砖单元结构的响应与纳米砖1的尺寸和波长均相关，因此相同尺寸参数的纳米砖1对不同波长的光波的响应不同。通过电磁仿真软件优化两组纳米砖单元结构的尺寸参数，包括纳米砖1的高度H、长度L、宽度W和基底工作面边长C，使得两组尺寸的纳米砖单元结构的光谱响应的峰值不同，但是在特定波长λ₀下沿两组备选尺寸的纳米砖结构单元的反向圆偏振光的转化率相等，以工作波长的单色光波垂直入射各组备选尺寸的纳米砖结构单元时其功能均等效为微纳半波片。此两种纳米砖单元结构能够在白光入射下显示不同的颜色，同时在光谱响应相等的波长λ₀处对光波调制特性相同，即为优化后的纳米砖单元结构的尺寸参数。

在本实施例中，通过CST电磁仿真软件，优化设计得到功能相当于微纳半波片的纳米砖单元结构的两组备选尺寸参数分别为：L₁＝180nm，W₁＝100nm，H₁＝220nm，C₁＝400nm以及L₂＝290nm，W₂＝140nm，H₂＝220nm，C₂＝400nm。两组备选尺寸参数的纳米砖单元结构的光谱响应如图3所示。从图3可知，两组尺寸参数的纳米砖单元结构在649nm处的光波响应相同。因此，可针对波长649nm的线偏振光波入射的情况设计纳米砖阵列的纳米砖转向角。

下面我们结合具体的某个设计图案对本实施例进行进一步地说明。本实施例中选取的连续灰度图像以及第一双色图像分别如图5和图6所示。针对图5的连续灰度图像中的任意一像素点的灰度值，根据式(6)，可以计算得到纳米砖阵列中各纳米砖结构单元的纳米砖转向角的四个可选值θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，某一像素点对应的纳米砖结构单元的纳米砖转向角四个可选值对应图4中A、B、C和D四个点。结合图6的第一双色图案，在本实施例中第一双色图像为一二值图像，根据第一图案显示的出射光强度值情况在图4所示的相应区间中选择对应的纳米砖转向角。具体的方法为：将第一双色图像和连续灰度图像任意对应的同一位置处的像素点进行比较，若在第一双色图像中，该像素点为白色，则该像素点相对的出射光强度值相对较高，则该像素点对应的纳米砖结构单元的纳米砖转向角选择在图4中I₁′<I₂′区间范围内的角度，即选择图4中A、C点对应的纳米砖转向角。若在第一双色图像中，该像素点为黑色，则该像素点相对的出射光强度值相对较低，则该像素点对应的纳米砖结构单元的纳米砖转向角选择在图4中I₁′>I₂′区间范围内的角度，即选择图4中B、D点对应的纳米砖转向角。

设计如图7所示进行复用的第二双色图像，该第二双色图像也为二值图像，第二双色图像中的任意像素点的像素值为0或1，可以选择其中0对应的纳米砖单元结构的尺寸参数为L₁＝180nm，W₁＝100nm，H₁＝220nm，C₁＝400nm，1对应的纳米砖单元解耦股的尺寸参数为L₂＝290nm，W₂＝140nm，H₂＝220nm，C₂＝400nm。当然，像素值0和1对应的纳米砖结构单元的尺寸参数也可互换。因此，可以唯一确定纳米砖阵列中每个位置的纳米砖单元结构的尺寸参数。再结合上述获得的纳米砖阵列中各纳米砖结构单元的纳米砖转向角的最终值进行排布，沿长宽方向等间隔排列纳米砖单元结构，根据本发明实施例设计的超表面材料结构的示意图如图10所示。

将采用波长为649nm的入射光3垂直入射起偏器4以产生与x轴垂直的线偏振光波入射到超表面材料5时，结合透光轴方向沿x轴的检偏器6，可以清楚地看到一幅连续灰度图像，见图5；当将超表面材料沿其光轴旋转π/8时，继续以该线偏振光入射所述超表面材料，经过检偏器后显示第一双色图像，见图9；当采用宽波带的白光入射超表面材料时，能够看到一幅第二双色图像，见图7，即实现了将水印防伪图像叠加在连续灰度图像中的三通道超表面复用。

综上，本发明通过优化两组不同尺寸的纳米砖单元结构，并且使单个纳米砖单元结构功能相当于微纳半波片，两组不同尺寸的纳米砖单元结构光谱响应的峰值位置不同，但是二者的光谱响应在某个特定波长存在明显的重合；根据纳米砖单元结构对偏振光波的调制特性以及其光谱响应特性，设计的超表面材料在线偏振光波照明下能够显示通道一、通道二的图像(图5和图9)，在白光照明下能够展现第二双色图像(见图7)。因为三个通道中的图像可以独立设计，并且能够在不同光波入射下进行显示，因为设计的三通道防伪超表面可以实现三重防伪，显著提高了防伪的安全性，防伪设计也具有极大的灵活性。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种三通道防伪超表面的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

构建纳米砖阵列，所述纳米砖阵列包括多个纳米砖结构单元，纳米砖结构单元的纳米砖转向角为θ，优化获得纳米砖结构单元具有不同光谱响应的至少两组备选尺寸参数，至少两组备选尺寸的纳米砖结构单元光谱响应的峰值位置不同，但是在特定波长λ₀下沿至少两组备选尺寸的纳米砖结构单元的反向圆偏振光的转化率相等，以工作波长的单色光波垂直入射各组备选尺寸的纳米砖结构单元时其功能均等效为微纳半波片；

以强度为I₀、偏振方向为α₁且波长为λ₀的线偏振光依次入射纳米砖结构单元以及检偏方向为α₂的检偏器，得到出射光强与所述线偏振光的偏振方向α₁、纳米砖结构单元的纳米砖转向角θ以及检偏器的检偏方向α₂之间的函数关系；设计灰度图像，根据灰度图像显示要求的灰度分布以及上述的函数关系，计算得出所述纳米砖阵列中每个纳米砖结构单元中的纳米砖转向角θ的四个可选值；

设计第一双色图像，根据第一双色图像显示的强度值结合上述步骤中得到的函数关系从计算出的纳米砖转向角θ的四个可选值中确定出纳米砖阵列中各纳米砖结构单元对应的纳米砖转向角的最终值；

设计第二双色图像，根据第二双色图像显示的强度要求从上述各种备选尺寸参数中确定出纳米砖结构阵列中各位置处的纳米砖结构单元对应的尺寸参数，再将各位置处对应尺寸的纳米砖结构单元中的纳米砖转向角按照上述步骤确定好的相应的纳米砖转向角的最终值进行排布，从而获得所需的超表面材料；

以一定的线偏振光入射所述超表面材料，经过相应的检偏器后显示连续灰度图像；当将超表面材料旋转特定角度时，继续以该线偏振光入射所述超表面材料再经过检偏器后，显示第一双色图像；当以宽光谱光波入射所述超表面材料，显示第二双色图像。

2.如权利要求1所述的三通道防伪超表面的设计方法，其特征在于，所述纳米砖结构单元包括工作面和设置在所述工作面上的纳米砖，以平行于所述工作面的两条边的方向分别设为x轴和y轴建立xoy坐标系，所述纳米砖上与工作面平行的面上具有长轴L和短轴W，所述纳米砖转向角θ为所述纳米砖的长轴L与x轴的夹角。

3.如权利要求2所述的三通道防伪超表面的设计方法，其特征在于，所述纳米砖结构单元的结构参数包括所述纳米砖的长轴L、短轴W和高H以及所述工作面边长C的尺寸，且长轴L与短轴W不相等。

4.如权利要求1所述的三通道防伪超表面的设计方法，其特征在于，所述纳米砖结构单元功能等效为微纳半波片时，出射光强I与入射光强I₀、所述线偏光偏振方向α₁、纳米砖转向角θ以及检偏器的检偏方向为α₂之间的函数关系为：

I＝I₀[cos(2θ-α₂-α₁)+cos(α₂-α₁)]²。

5.如权利要求1所述的三通道防伪超表面的设计方法，其特征在于，当检偏器的检偏方向α₂与入射线偏振光的偏振方向α₁之间的夹角为π/2时，以线偏振光入射所述超表面材料，经过相应的检偏器显示灰度图像；当将超表面材料沿其光轴旋转π/8时，继续以该线偏振光入射所述超表面材料，经过检偏器后显示第一双色图像。

6.如权利要求5所述的三通道防伪超表面的设计方法，其特征在于，当检偏器的检偏方向α₂与入射线偏振光的偏振方向α₁之间的夹角为π/2时，以单色线偏振光入射所述超表面材料经检偏器后出射光强I₁：

I₁＝I₀[cos(2θ-2α₂-π/2)]²；

当将超表面材料沿其光轴旋转π/8时，继续以该线偏振光入射所述超表面材料出射光强I₂为：

I₂＝I₀[cos(2θ-2α₂-3π/4)]²；

上述出射光强I₁和出射光强I₂对应的归一化强度分别为：

I₁′＝cos²(2θ-2α₂-π/2)

I₂′＝cos²(2θ-2α₂-3π/4)

确定纳米砖转向角θ的四个可选值分别对应I₁′>I₂′、I₁′<I₂′中的哪种情况；

第一双色图像中任意像素点的出射光强度值为I_双1或I_双2，设定I_双1<I_双2，选取第一双色图像中任意像素点，当该像素点的出射光强度值为I_双1，则该像素点对应的纳米砖结构单元选择I₁′>I₂′对应的纳米砖转向角θ的可选值；当该像素点的出射光强度值为I_双2，则该像素点对应的纳米砖结构单元选择I₁′<I₂′对应的纳米砖转向角θ的可选值。

7.如权利要求1所述的三通道防伪超表面的设计方法，其特征在于，第二双色图像的像素值分别为0或1，选取第二双色图像上任意一像素点，当该像素点的像素值为0时选择其中一种备选尺寸参数的纳米砖结构单元；当该像素点的像素值为1时选择另一种备选尺寸参数的纳米砖结构单元。

8.如权利要求1所述的三通道防伪超表面的设计方法，其特征在于，所述工作面采用二氧化硅制成，所述纳米砖采用硅材料制成。

9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的三通道防伪超表面的设计方法得到的超表面材料。

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