【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于飞秒激光双光子聚合制备的微柱可重构防伪全息图，属于激光应用。
技术介绍
0、技术背景
1、产品防伪指的是防止伪造品牌产品，随着社会经济的发展，防伪成为了一个备受关注的领域，它可以保护商标和品牌的声誉，同时有助于维护消费者权益和公众安全，增加消费者对消费市场的好感和信任。全息图因其能够记录光波的相位和振幅信息，在激光照射下呈现出逼真的立体视觉效果，给人身临其境的观感体验，因此在三维显示、信息存储、医学成像等领域得到广泛应用。计算机生成全息图(computer-generated hologram,cgh)的尺寸一般在毫米量级，包含上万个排布无规律的像素点。此外，计算机生成全息图在激光的照射下还能形成肉眼可见的光学图案，光学图案可以包含产品商标、序列号等信息，为消费者提供真伪辨别信息。
2、然而，随着科学技术的发展，各类数据算法的涌现降低了计算机全息图设计技术的壁垒，制造技术的发展也降低了全息图的复制难度。目前加工的计算生成全息图在激光照射下一般只能呈现一种光学图案成像，通过光学图案成像可以反解出计算机生成全息图。虽然反解的计算机生成全息图和原先的全息图在很大概率上不同，但是它们所成光学图像却大致相同，而消费者又是通过光学图案的信息进行防伪鉴别，存在防伪标识被仿制的风险；目前市面上流行的全息图大多为二维平面结构，相较于三维结构，存储信息较少，简单的全息图已经无法满足日益增长的防伪安全需求。为了提高安全性和仿制难度，有人员研究制备可变全息图，但是，目前可变全息图主要依赖于超表面，其加工方法
3、因此，在高级防伪领域，使用更环保、简单的加工方法，制备能存储更多加密信息的三维结构可变防伪全息图，便显得尤为重要。本专利技术受水草能够在水中直立、离开水环境会发生倒伏这一特性的启发，基于飞秒激光双光子聚合，制备了一种微柱可重构全息图，该专利技术有望应用于防伪、信息加密等领域。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于飞秒激光双光子聚合制备的微柱可重构防伪全息图，可用于高级防伪领域。该防伪计算机全息图使用飞秒激光双光子聚合技术，通过激光直写，可加工出构成可重构全息图的最小单元的微柱结构，作为一种微纳结构，微柱在直立状态下可以对入射激光进行有效的调制，并且高度可灵活调控。受水草能够在水中直立、离开水环境会发生倒伏这一特性的启发，作为变形单元，通过滴加和蒸发酒精，微柱会发生恢复与变形，在直立状态和倾倒状态之间进行切换，在激光照射下，发生图案的解密与加密，因此制备的全息图案只有在同时满足激光照射和浸润酒精这两个条件下才出现，实现可变全息防伪的功能，并显著提高仿制难度。
2、可重构动态全息图的实现通常需要两个条件。一个是全息图的每个单元必须对光的波前具有调制能力，另一个是调制能力需要是可编程或可切换的。本专利技术提出了一种利用微柱对液体响应的变形和恢复特性来实现可重构全息图的方法。在这种可重构全息图中，微柱具有两种作用。一方面，微柱作为光的衍射单元对入射激光进行调制；另一方面，微柱在酒精的作用下，发生变形与恢复。微柱直立和倾倒状态之间的切换是通过酒精的浸润和蒸发控制的，是由液体蒸发时产生的毛细力、微柱发生变形时产生的弹性恢复力和变形到一定程度，微柱与微柱之间、微柱与基底之间发生接触而产生的范德华力共同作用导致的。由于在加工过程中设计了特定的振幅调制分布，因此在激光照射后，在直立状态下，微柱可以对入射激光进行有效的调制，呈现出预先设计的全息图案。然而，液体蒸发后，微柱会处于弯曲状态时，一方面对入射激光的调制能力会减弱；另一方面，由于振幅型全息的特性，每个微柱周围的微柱分布具有一定的不确定性，这导致酒精蒸发引起的毛细力作用在微柱上的合力方向各不相同，从而导致微柱倾倒的方向也各自不同。这种情况会破坏原有的振幅调制分布，使得在激光照射后不会出现清晰的全息图案，这种简单的刺激和响应方法使通过飞秒激光双光子聚合技术制造的微柱具有非凡的可逆形状变化灵活性。
3、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
4、一种基于飞秒激光双光子聚合制备的微柱可重构防伪全息图，该防伪计算机全息图受水草能够在水中直立、离开水环境会发生倒伏这一特性的启发，通过在加工好的图案上滴加和蒸发酒精，组成全息图的微柱结构单元会发生恢复与变形，在直立状态和倾倒状态之间进行切换，在激光照射下，发生图案的解密与加密，因此制备的全息图案只有在同时满足激光照射和浸润酒精这两个条件下才出现，实现可变全息防伪的功能，并显著提高仿制难度。
5、该全息图成像基于振幅全息的原理，经过处理的微柱的位置和未经过处理的微观柱的位置对光的透射率会不同，这种透射率的差异将导致入射激光束的振幅调制。相位全息图使用具有高度差的微柱进行设计，高度差δh由所需的相位差决定，δh＝δφλ/[2π(n-1)]，其中δφ是设计的相位差，λ是激光的波长，n是光刻胶在目标波长下的折射率。
6、基于飞秒激光双光子聚合制备的微柱可重构防伪全息图，是通过飞秒激光双光子聚合技术，加工出由最小单元微柱结构构成的可重构全息图；利用微柱单元对光的波前的调制能力，以及对液体响应的变形和恢复特性实现全息防伪加密。
7、单元微柱的直立和倾倒状态之间的切换是通过酒精的浸润和蒸发控制的。
8、制备上述可变防伪计算机全息图的方法，具体步骤如下：
9、步骤一：全息图的计算
10、1.1，输入目标图像对应焦平面光场的目标振幅分布u{x,y}，对应的初始相位分布设为exp{i*rand{x,y}}，加权因子暂设为单位矩阵；
11、1.2，使用目标图像的空间分布与加权因子的乘积作为新的振幅信息，使用初始相位分布或者上一次迭代获得的焦平面光场的相位分布作为相位信息，组合获得修正后的焦平面光场分布x，归一化后获得焦平面光场的修正复振幅分布表达式为：
12、u{x,y}w{x,y}exp{i*phase1} (1)
13、其中，w{x,y}是加权因子，用于调整目标图像的空间分布；phase1表示焦平面光场的相位角。
14、基于菲涅尔衍射积分方法，反向计算入射光场分布x，其复振幅表达式为：
15、u{x,y}exp{i*phase2} (2)
16、其中，u{x,y}表示入射光场的复振幅分布；phase2表示入射光场的相位角。
17、1.3，仅保留二值化处理后的入射光场的振幅信息，使用实际入射激光的相位分布替代原有的相位信息，归一化后获得修正入射光场a*exp{i*0}；再由入射光场正向传播变换获得焦平面光场，通过菲涅尔衍射积分方法，由入射光场正向衍射获得焦平面的计算光场：
18、a{x,y}exp{i*phase1}(3)
19、其中，a{x,y}表示经过二值化处理后的入射光场的振幅信息。
【技术保护点】
1.基于飞秒激光双光子聚合制备的微柱可重构防伪全息图，其特征在于：是通过飞秒激光双光子聚合技术，加工出由最小单元微柱结构构成的可重构全息图；利用微柱单元对光的波前的调制能力，以及对液体响应的变形和恢复特性实现全息防伪加密。
2.如权利要求1所述基于飞秒激光双光子聚合制备的微柱可重构防伪全息图，其特征在于：单元微柱的直立和倾倒状态之间的切换是通过酒精的浸润和蒸发控制的。
3.制备如权利要求1所述基于飞秒激光双光子聚合制备的微柱可重构防伪全息图，其特征在于：具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.基于飞秒激光双光子聚合制备的微柱可重构防伪全息图，其特征在于：是通过飞秒激光双光子聚合技术，加工出由最小单元微柱结构构成的可重构全息图；利用微柱单元对光的波前的调制能力，以及对液体响应的变形和恢复特性实现全息防伪加密。
2.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜澜，李璐奇，李晓炜，李松昌，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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