Author Affiliations
Abstract
1 Ministry of Industry and Information Technology Key Lab of Micro-Nano Optoelectronic Information System, Guangdong Provincial Key Laboratory of Semiconductor Optoelectronic Materials and Intelligent Photonic Systems, Harbin Institute of Technology, Shenzhen, China
2 Pengcheng Laboratory, Shenzhen, China
3 Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore, Singapore
4 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan, China
Structural coloration generates colors by the interaction between incident light and micro- or nano-scale structures. It has received tremendous interest for decades, due to advantages including robustness against bleaching and environmentally friendly properties (compared with conventional pigments and dyes). As a versatile coloration strategy, the tuning of structural colors based on micro- and nanoscale photonic structures has been extensively explored and can enable a broad range of applications including displays, anti-counterfeiting, and coating. However, scholarly research on structural colors has had limited impact on commercial products because of their disadvantages in cost, scalability, and fabrication. In this review, we analyze the key challenges and opportunities in the development of structural colors. We first summarize the fundamental mechanisms and design strategies for structural colors while reviewing the recent progress in realizing dynamic structural coloration. The promising potential applications including optical information processing and displays are also discussed while elucidating the most prominent challenges that prevent them from translating into technologies on the market. Finally, we address the new opportunities that are underexplored by the structural coloration community but can be achieved through multidisciplinary research within the emerging research areas.
structural coloration metasurfaces nanophotonics Photonics Insights
2024, 3(2): R03
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 湖北省珠宝工程技术研究中心, 湖北 武汉 430074
3 中山大学地球科学与工程学院, 广东 广州 510275
蔷薇辉石是一种具有特征粉红色的单链硅酸盐矿物。 蔷薇辉石常为致密块状集合体产出, 主要以玉石形式出现在珠宝玉石市场中, 而单晶体的宝石级蔷薇辉石市场上罕见。 单晶蔷薇辉石以澳大利亚Broken Hill矿区以及巴西Minas Gerais矿区为代表。 采用现代测试手段对10块巴西产出的单晶蔷薇辉石样品进行测试, 旨在探讨其化学成分及光谱学特征, 为蔷薇辉石的品种鉴定、 优化、 产地鉴别提供基础资料。 根据LA-ICP-MS结果计算, 该研究样品的平均晶体结构化学式为(Mn0.763Ca0.106Fe0.070 Mg0.061)1.00SiO3, 主量元素富含Ca-Fe-Mg, 与巴西Minas Gerais地区出产单晶蔷薇辉石成分组成相似。 样品的拉曼位移主要由666 cm-1最强峰、 972和997 cm-1次强双峰, 及若干弱峰组成。 蔷薇辉石的主要拉曼峰与［SiO4］四面体的伸缩、 弯曲振动以及八面体配位阳离子的伸缩振动有关。 红外测试结果表明, 蔷薇辉石在指纹区的吸收峰主要归因于Si—O的伸缩、 弯曲振动。 蔷薇辉石的结构决定其在750～550 cm-1波段内存在五个吸收峰, 以此区别其他的(似)辉石族矿物。 3 631 cm-1处存在明显吸收峰, 为典型的OH伸缩振动带, 表明样品中含有少量结构水。 紫外-可见吸收光谱测试表明, 蔷薇辉石为典型的自色矿物, 其致色主要由八面体配位Mn2+ 的d—d电子跃迁导致。 样品对可见光的吸收峰位于紫区及黄绿区, 是其呈现橘红-粉紫红色的主要原因。
巴西单晶蔷薇辉石 红外光谱 Mn2+ 致色 Monocrystal rhodonite from Brazil LA-ICP-MS LA-ICP-MS Infrared spectrum Mn2+ coloration 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3504
1 同济大学海洋地质国家重点实验室, 上海 200092
2 同济大学宝石及工艺材料实验室, 上海 200092
3 浙江天使之泪珍珠股份有限公司, 浙江 诸暨 311800
4 国家珠宝玉石质量监督检验中心, 上海 200122
珈白丽珍珠属于近年来研发出的三角帆蚌外套膜位淡水有核珍珠。本文以该类珍珠为研究对象,辅以类胡萝卜标样(β-胡萝卜素和虾青素)为参照物,采用激光拉曼光谱仪及显微红外光谱仪重点针对该类珍珠的致色机理进行研究,旨在为该类珍珠的品质评价和养殖技术提供科学的理论依据。研究结果表明:对于淡水彩色有核珍珠的珍珠层,由类胡萝卜素结合蛋白的ν1(C=C)和ν2(C—C)伸缩振动引起的拉曼较强锐峰分别出现在1509 cm -1和1126 cm -1附近,1017 cm -1处的拉曼弱峰与CH3的平面摆动振动(ν3)有关,在2100~3800 cm -1拉曼位移范围内出现的强弱不等的5组拉曼峰是由ν1、ν2、ν3的倍频和组合频振动引起的。类胡萝卜素分子中共轭双键的数量及其结合蛋白复合体与淡水有核珍珠颜色之间存在一定的关系,是导致该类有核珍珠颜色多样性的缘由之一。
光谱学 激光拉曼光谱 淡水有核珍珠 三角帆蚌 类胡萝卜素结合蛋白 致色机理 激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2430001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Surface Physics, Key Laboratory of Micro- and Nano-Photonic Structures (Ministry of Education) and Department of Physics, Fudan University, Shanghai 200433, China
2 State Key Laboratory of Infrared Physics, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China
3 Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Fudan University, Shanghai 200433, China
In this Letter, Ti–Si bilayer was deposited on white silk to achieve coloration of the silk. By controlling the thickness of the Ti layer and Si layer, the saturation and the hue of the color on the silk could be preciously modulated, respectively. The structural colors on the silk could cover the major colors in the International Commission on Illumination 1931 chromaticity diagram, and it exhibits good durability, which is demonstrated by rubbing and stretching treatments. The developed textile coloration method may provide an eco-friendly technology in the silk dyeing industry.
structural color silk coloration Ti-Si bilayer Chinese Optics Letters
2021, 19(5): 051601
西南科技大学 计算机科学与技术学院, 四川 绵阳 621000
针对红外与可见光双波段夜视图像增强提出了基于oRGB颜色空间的彩色融合算法。选择亮度与颜色分离的对立色颜色空间, 应用多尺度Top-hat变换方法将红外与可见光增强融合图像作为伪彩色图像的亮度分量, 根据双波段图像的差异性并结合参考图像色调构造颜色分量; 为避免线性变换的颜色传递方法容易造成灰度级压缩或过饱和情况, 在分析颜色传递机理的基础上, 使用非线性的直方图匹配方法实现颜色传递。实验结果表明, 融合图像的颜色分布更自然, 纹理细节、整体亮度和对比度等视觉特征表现更优。
彩色融合 颜色传递 红外图像 coloration fusion color transfer infrared image oRGB oRGB 光学 精密工程
2018, 26(11): 2795
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 郑州信息科技职业学院, 河南 郑州 450046
近年来大量的墨玉在国内外玉石市场上陆续出现, 广西大化墨玉是最新发现的墨玉新品种。 为了探究广西大化墨玉的矿物学及谱学特征, 针对产自广西大化瑶族自治县的墨玉样品进行了常规检测, 以及采用Ｘ射线粉末衍射仪、 激光拉曼光谱仪、 傅里叶红外变换光谱仪和激光剥蚀等离子体质谱仪等现代谱学仪器测试分析, 从矿物组成、 拉曼光谱和红外光谱以及化学元素组成进行了研究分析。 常规宝石学特征测试显示广西大化墨玉的折射率为164(点测), 比重为312。 偏光显微镜观察显示广西大化墨玉的主要矿物为阳起石, 含量大于98%, 结构为显微毛毡状结构。 XRD测试明确样品主要成分为阳起石, 其特征面网间距为8498 3和3145 9 。 傅里叶红外变换光谱仪测试结果显示样品的红外光谱与透闪石理论值接近, 主要的特征峰为1 078, 1 026, 925, 765, 703, 659, 584, 485, 436 cm-1, 其中1 078, 1 026, 925 cm-1为O—Si—O和Si—O—Si的反对称伸缩振动及O—Si—O对称伸缩振动, 765, 703, 659 cm-1为Si—O—Si对称伸缩振动, 584, 485, 436 cm-1为Si—O弯曲振动。 激光拉曼光谱测试测试结果显示样品的图谱基本集中在3 500～3 800和119～1 054 cm-1这两个区域内, 样品的拉曼光谱119～1 054 cm-1的特征峰中1 055, 1 029和930 cm-1为闪石类矿物特征的Si—O伸缩振动, 744和671 cm-1为Si—O—Si伸缩振动, 且在671 cm-1是强度最大的特征峰位, 代表硅氧四面体结构单元中桥氧的对称伸缩振动； 在3 800～3 500 cm-1区间为M—OH伸缩振动区域, 反映了M1和M3位置的阳离子与结构中的OH－成键的振动信息, 位于3 628, 3647, 3 664, 3 678 cm-1, 这是由于OH－伸缩振动导致。 通过激光剥蚀质谱仪测试分析发现样品的主要化学成分为SiO2(524%), FeO(2195%), CaO(125%)和MgO(124%)。 此外还含有少量Al2O3, MnO, Na2O, P2O5, K2O和TiO2, 由于样品富含Fe元素, 计算Mg/(Mg+Fe)=0504, 因此大化墨玉为软玉中的阳起石玉, 并由此推断大化墨玉的黑色由含铁量较高所致。
广西大化 墨玉 矿物学特征 谱学特征 颜色成因 Dahua Black nephrite Mineralogical characteristics Spectroscopic characteristics Mechanism of coloration 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2237
1 国土资源部珠宝玉石首饰管理中心北京珠宝研究所, 北京 100013
2 中国地质大学地球科学学院, 武汉 湖北 430074
近来, 一种产自老挝的新型印章石（俗称“老挝石”）涌进国内市场, 对我国印章石市场造成一定影响, “老挝石”的研究尚处于起步阶段, 对其颜色成因的研究更为缺乏。 采用漫反射光谱（DRS）结合X射线粉晶衍射（XRD）、 红外光谱（FTIR）、 X射线荧光光谱（EDXRF）等测试对红色“老挝石”的矿物成分和致色机理进行深入研究。 结果显示, “老挝石”的主要矿物成分为地开石, 并含有少量高岭石, 化学成分中的Fe含量和“老挝石”红色色调呈正相关关系, 即颜色越深Fe的含量越高。 铁质矿物呈微晶集合体浸染分布于地开石的颗粒间, 由于其含量低、 粒度细小, 常规的微区测试方法无法确认其种属。 相比之下, 漫反射光谱对微晶铁矿物的鉴定十分有效, 对可见光波段漫反射光谱处理得到导数等, 在土壤沉积物中已经被用来定量测定针铁矿和赤铁矿。 该研究中“老挝石”基体与土壤沉积物均为粘土矿物, 可以用漫反射光谱来判定“老挝石”中铁矿物种属。 漫反射光谱一阶导数法显示, 其谱峰位于565～570 nm, 由此确认铁矿物的种属为赤铁矿。 微晶赤铁矿分布于“老挝石”矿物颗粒间, 使样品产生红色, 赤铁矿含量越高, 红色调越深。
漫反射光谱 “老挝石” 地开石 赤铁矿 颜色成因 Diffuse reflectance spectroscopy “Laowo Stone” Dickite Hematite Coloration 光谱学与光谱分析
2016, 36(8): 2634
1 西南科技大学计算机科学与技术学院, 四川 绵阳 621010
2 中国电子科技集团公司第四十四研究所, 四川 重庆 400060
Toet的夜视图像近自然色染色算法对各颜色分量使用了基于线性变换的颜色传递技术, 染色结果易出现低对比度或过饱和现象, 从而造成细节信息的损失。针对此问题, 提出了结合多尺度融合与非线性颜色传递的微光与红外图像染色算法。选用亮度与色彩分离的 YCbCr颜色空间进行染色, 其中 Y分量应用基于冗余小波变换的可增强感兴趣目标的融合方法构造得到, 对 Cb、Cr分量使用基于直方图匹配的非线性颜色传递方法实现染色。实验结果表明, 本文方法可有效防止染色过程中出现的低对比度或过饱和现象, 能获得纹理细节更清晰, 目标更显著的染色图像。
红外图像 微光图像 冗余小波融合 融合规则 染色算法 直方图匹配 颜色传递 redundant wavelet fusion fusion rule coloration histogram matching color transfer
