第43卷第1期/2023年1月/光学学报0124002-1研究论文随机微扰表面反射光谱的低角度依赖性张金英1，2*，李世豪1**，王瑞1***，王鑫野1，李卓1，2，王欣1，杨苏辉1，高彦泽1，21精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室，北京理工大学光电学院，北京100081；2北京理工大学长三角研究院，浙江嘉兴314001摘要结构色在光学伪装等领域具有重要的应用前景，但其存在严重的角度依赖性。提出利用随机微扰表面降低反射光谱角度依赖性的方法；研究了不同微扰特征的粗糙表面结构在不同入射角下的反射光谱；通过有限元法计算了横电波、横磁波的反射光谱特性和能量传播特性，并据此获得了等效自然光的反射光谱和角度依赖规律。分析发现在0°~40°入射角度范围内，平整表面结构的反射光谱峰值移动了34.0nm，随机微扰表面结构的反射光谱峰值仅移动了10.0nm，角度依赖特性降低了70.6%，结果表明微扰表面结构对于降低角度依赖性具有显著作用。关键词表面光学；微扰表面；结构色；角度依赖特性；光学伪装中图分类号TN202文献标志码ADOI：10.3788/AOS2212931引言根据显色机理的不同，颜色分为化学色和结构色［1］。化学色通过色素分子选择性吸收光来产生颜色，但颜色易发生紫外光漂白且化学稳定性不佳［2］。相比于化学色，结构色具有化学稳定性高、对环境污染小等突出优势［3-4］，近年来在光学伪装、动态显示、保密通信等领域获得了科研人员的极大关注［5-9］。结构色来源于微纳结构与光之间的相互作用，决定性颜色主要基于薄膜干涉［10］、布拉格散射［11］等反射光中的相长干涉成分，因此不可避免地具有结构敏感性。传统结构色器件主要采用平整薄膜［12］或周期性的一维、二维、三维微纳结构［13-15］，这些结构各向异性的特点决定了结构色具有角度依赖性，即从不同角度观察，器件呈现的颜色不同，这在某些应用中受到限制，例如在光学伪装中仅能实现某个观察角度上的伪装效果。为打破这种结构的各向异性、降低角度依赖性，研究人员开展了三维准无定形光子晶体研究。Zhang等［16］使用短程有序的SiO2纳米粒子实现了与角度无关的结构色，周金明等［17-20］使用Fe3O4纳米粒子、ZnS纳米粒子等，通过电泳实现了与角度无关的可变结构色。这些报道从实验上验证了通过打破三维结构的周期性可以使其不再具有各向异性的特点，进而降低角度依赖性，但并未从理论计算方面研究何种准无定形结构能够达到何种程度的角度依赖性降低效果。本文从理论计算方面研究了一种可降低角度依赖性...
