基于光栅的结构色呈色机理及光谱特性研究
发布时间：2021-09-11 12:05
颜色是大类最重要的感觉之一,对颜色与光的探究一直长久以来的研究课题。颜色可以分为色素色和结构色两类。前者是依靠颜料对光的选择性吸收形成,后者依赖自身特殊的组成结构对光线的特殊作用,它所形成的色彩有普通颜料不具备的众多优点：高亮度、高饱和度、不退色、特殊效果等等,成为颜色科学界的关注焦点。本论文以电磁学FDTD（时域有限差分法）为理论基础,基于周期性光栅微结构的呈色机理,用FDTD solutions设计出具有颜色特性的“非对称光栅结构”,研究了不同光栅参数包括脊柱、梯柱、周期、材料和入射条件等对其颜色光谱特性曲线峰值的影响及变化规律。在MatlabR2009a中采用FDTD的计算原理,改变各个参数进行FDTD的反射率分析,得到对应的特征光谱曲线比较图。分析光谱曲线的变化特征,优化光栅结构模型,得到了“最优结构模型”,并研究了非结构参数包括周期、背景折射率、介质折射率、光源入射角度等对“最优结构”呈色的影响规律。获得了具有最大峰位特征的结构模型,研究了该模型的反射率、电磁强度等光学特征。研究结果表明,特殊的光栅微结构可以产生特定的结构色。“非对称结构”的不同参数对光谱特性曲线峰值的影响不...
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 前言
1.1 课题研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 研究目的、意义和研究内容
1.3.1 研究目的、意义
1.3.2 主要研究内容
1.4 结构色呈色原理介绍
1.4.1 生物结构色的形成与应用
1.4.2 光栅结构的光学特性
1.4.3 几种结构色的光学原理
1.4.4 FDTD方法简介
2 材料与方法
2.1 FDTD Solutions使用流程和方法
2.2 周期性光栅模型结构的建立
2.2.1 相关结构参数的定义
2.2.2 非对称光栅结构模型的设计
2.3 优化参数建立最优结构
2.3.1 结构参数的影响
2.5 最优结构模型的建立及分析
2.5.1 最优结构模型的建立
2.5.2 各种非结构参数对结构的影响
2.6 最优结构的光学特性研究
3 结果与讨论
3.1 对称结构模型和非常对称结构模型结果比较
3.2 各个结构参数对“非对称结构”优化结果的影响
3.3 优化结构模型各参数的变化规律
3.4 最优结构的光学特性规律
4 结论
5 展望
6 参考文献
7 攻读硕士期间发表论文情况
8 致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有光子晶体结构色的蚕丝织物制备及性能表征[J]. 付国栋,刘国金,黄江峰,周岚,邵建中. 蚕业科学. 2013(03)
[2]仿Morpho蝴蝶鳞翅微纳结构的光学特性研究[J]. 廖广兰,左海波,曹艳波,史铁林. 中国科学(技术科学). 2010(01)
[3]Microstructure and structural color in wing scales of butterfly Thaumantis diores[J]. HAN ZhiWu1, WU LiYan1, QIU ZhaoMei2 & REN LuQuan1 1 Key Laboratory for Terrain-Machine Bionics Engineering, Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130022, China 2 College of vehicle & motive power engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003, China. Chinese Science Bulletin. 2009(04)
[4]特殊光子晶体电磁散射角偏特性及其应用研究[J]. 何小祥,李浩. 光学学报. 2009(01)
[5]Photonic structure in the wings of Papilio Bianor Ganesa[J]. QIN YouHua, LIU Feng, YIN HaiWei, WANG YuLan, LIU XiaoHan & ZHAO Li Surface Physics Laboratory and Department of Physics, Fudan University, Shanghai 200433, China. Chinese Science Bulletin. 2007(23)
[6]绿带翠凤蝶翅面结构光变色机理的试验研究[J]. 任露泉,邱兆美,韩志武,关会英,邬立岩. 中国科学（E辑:技术科学）. 2007(07)
[7]金属光栅表面增强喇曼散射TE模的计算分析[J]. 胡国进,胡秀霞,聂义友. 光子学报. 2007(06)
[8]现代光栅立体印刷 原理与工艺[J]. 卢军. 印刷技术. 2007(10)
[9]蓝蝴蝶翅膀结构电磁散射特性分析[J]. 金魁,何小祥,陈如山. 南京理工大学学报(自然科学版). 2007(01)
[10]高分辨率平场全息凹面光栅的研制[J]. 李朝明,吴建宏,赵艳皎,唐敏学. 光电子·激光. 2006(07)
博士论文
[1]蝶翅微纳结构的光学特性及变色机理研究[D]. 邬文俊.华中科技大学 2012
[2]甲虫的结构色与结构变色研究[D]. 刘锋.复旦大学 2008
[3]蝴蝶鳞片微观耦合结构及其光学性能与仿生研究[D]. 邱兆美.吉林大学 2008
[4]二维零位光栅原理及其实验系统研究[D]. 周成刚.中国科学技术大学 2007
[5]生物结构色及人工构色研究[D]. 李乙洲.复旦大学 2005
[6]一种亚纳米级栅距变化量的变栅距光栅分度控制方法的研究[D]. 时轮.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
硕士论文
[1]自然纳米结构的光功能特性及仿生应用[D]. 赵其斌.上海交通大学 2010
[2]典型蝴蝶鳞片微结构及其反射光学特性[D]. 邬立岩.吉林大学 2006
本文编号：3392968
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 前言
1.1 课题研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 研究目的、意义和研究内容
1.3.1 研究目的、意义
1.3.2 主要研究内容
1.4 结构色呈色原理介绍
1.4.1 生物结构色的形成与应用
1.4.2 光栅结构的光学特性
1.4.3 几种结构色的光学原理
1.4.4 FDTD方法简介
2 材料与方法
2.1 FDTD Solutions使用流程和方法
2.2 周期性光栅模型结构的建立
2.2.1 相关结构参数的定义
2.2.2 非对称光栅结构模型的设计
2.3 优化参数建立最优结构
2.3.1 结构参数的影响
2.5 最优结构模型的建立及分析
2.5.1 最优结构模型的建立
2.5.2 各种非结构参数对结构的影响
2.6 最优结构的光学特性研究
3 结果与讨论
3.1 对称结构模型和非常对称结构模型结果比较
3.2 各个结构参数对“非对称结构”优化结果的影响
3.3 优化结构模型各参数的变化规律
3.4 最优结构的光学特性规律
4 结论
5 展望
6 参考文献
7 攻读硕士期间发表论文情况
8 致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有光子晶体结构色的蚕丝织物制备及性能表征[J]. 付国栋,刘国金,黄江峰,周岚,邵建中. 蚕业科学. 2013(03)
[2]仿Morpho蝴蝶鳞翅微纳结构的光学特性研究[J]. 廖广兰,左海波,曹艳波,史铁林. 中国科学(技术科学). 2010(01)
[3]Microstructure and structural color in wing scales of butterfly Thaumantis diores[J]. HAN ZhiWu1, WU LiYan1, QIU ZhaoMei2 & REN LuQuan1 1 Key Laboratory for Terrain-Machine Bionics Engineering, Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130022, China 2 College of vehicle & motive power engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003, China. Chinese Science Bulletin. 2009(04)
[4]特殊光子晶体电磁散射角偏特性及其应用研究[J]. 何小祥,李浩. 光学学报. 2009(01)
[5]Photonic structure in the wings of Papilio Bianor Ganesa[J]. QIN YouHua, LIU Feng, YIN HaiWei, WANG YuLan, LIU XiaoHan & ZHAO Li Surface Physics Laboratory and Department of Physics, Fudan University, Shanghai 200433, China. Chinese Science Bulletin. 2007(23)
[6]绿带翠凤蝶翅面结构光变色机理的试验研究[J]. 任露泉,邱兆美,韩志武,关会英,邬立岩. 中国科学（E辑:技术科学）. 2007(07)
[7]金属光栅表面增强喇曼散射TE模的计算分析[J]. 胡国进,胡秀霞,聂义友. 光子学报. 2007(06)
[8]现代光栅立体印刷 原理与工艺[J]. 卢军. 印刷技术. 2007(10)
[9]蓝蝴蝶翅膀结构电磁散射特性分析[J]. 金魁,何小祥,陈如山. 南京理工大学学报(自然科学版). 2007(01)
[10]高分辨率平场全息凹面光栅的研制[J]. 李朝明,吴建宏,赵艳皎,唐敏学. 光电子·激光. 2006(07)
博士论文
[1]蝶翅微纳结构的光学特性及变色机理研究[D]. 邬文俊.华中科技大学 2012
[2]甲虫的结构色与结构变色研究[D]. 刘锋.复旦大学 2008
[3]蝴蝶鳞片微观耦合结构及其光学性能与仿生研究[D]. 邱兆美.吉林大学 2008
[4]二维零位光栅原理及其实验系统研究[D]. 周成刚.中国科学技术大学 2007
[5]生物结构色及人工构色研究[D]. 李乙洲.复旦大学 2005
[6]一种亚纳米级栅距变化量的变栅距光栅分度控制方法的研究[D]. 时轮.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
硕士论文
[1]自然纳米结构的光功能特性及仿生应用[D]. 赵其斌.上海交通大学 2010
[2]典型蝴蝶鳞片微结构及其反射光学特性[D]. 邬立岩.吉林大学 2006
本文编号：3392968
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