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干涉是光作为电磁波而展现其波动性的一种基本体现，其频率、振幅、相位等物理参量都可携带信息。全息技术通过干涉原理记录物体的振幅和相位信息，利用衍射原理重建原始物光波，实现十分逼真的三维图像显示，从而触发人类视觉系统的深度感知。根据光的相位调制和振幅调制的不同，全息光栅可分为相位型和振幅型。在传统的双光束干涉全息术中，激发光与物质的相互作用在对材料进行相位调制的同时，往往伴随着介质内部吸收系数变化，这使得两类光栅的独立调控十分困难。
近日，东北师范大学刘益春院士团队付申成教授课题组提出一种基于柔性等离激元聚合物的光频调控振幅/相位杂化光栅刻写的新途径。相关研究成果以“Exciting-frequency-adaptive amplitude/phase hybrid holographic inscription in plasmonic polymers”为题发表在《Optics Letters》第48卷第10期，刘红芳博士是文章第一作者，付申成教授是文章通讯作者。这项工作为高密度光学信息存储、信息隐写术和虚拟/增强现实等研究开辟了新路径。
研究人员以电子供体分子为桥梁，将非光敏聚合物和纳米银等离子体结合起来，设计并制备出兼具多重响应、实时重构、动态调控的振幅/相位全息光栅。为了探究泵浦光的激励作用，研究人员采用不同频率激光对柔性复合薄膜进行长时间原位辐照。原位紫外-可见吸收光谱的时间演化在一定程度上可以揭示光与物质相互作用的物理过程。通过改变泵浦光激发频率，等离子体纳米银的共振吸收峰逐渐劈裂成两个峰，一个集中在蓝紫区，而另一个逐渐向红区移动，如图1所示。
图1 Ag/PVA-TA(1)薄膜随不同波长激光辐照的时间演化原位差分吸收光谱：(a) 405 nm；(b) 473 nm；(c) 532 nm；(d) 589 nm。(e)介质内部光物质反应的微观机理示意图。(f)不同记录波长 (λ=405、473、532和589 nm)的Ag/PVA-TA(n =0、1) 的感光灵敏性。
研究人员证实了振幅/相位全息刻写的形成强烈依赖于激发光的频率。为了验证振幅/相位衍射光栅的形成，研究人员搭建了全息干涉实验系统。微图案具有不同的形式，如图2所示。偏光显微镜下观察到的是由于纳米银的生长导致介质吸收系数变化而形成振幅型光栅；原子力显微镜观察到只有紫光或蓝光激发产生薄膜表面形变而形成相位型光栅。
图2 Ag/PVA-TA(1)的衍射光栅光学显微镜图像（上）和原子力显微镜图像（下），分别采用不同波长模式干涉（λ=405、473、532和589 nm）。
基于以上特性，研究人员还构造了在不同干涉波长混合记录下的复杂周期结构，实现彩色全息和周期性微结构的制造，如图3所示。全息重建图像具有紫、蓝、绿、和黄等不同颜色，可在超过180 nm的可见光谱范围内工作，适用于彩色光学显示。通过增加连续曝光的数量并控制每个阶段的样品旋转角度，可以设计大面积旋转对称的复杂表面纹理，从而实现数百纳米的幅度调节和数百纳米到数微米的周期变化。
图3 (a)彩色全息重建图像。(b)波长复用全息技术的Ag/PVA-TA(1)的衍射效率动力学。(c)光学显微镜视野下的波长复用衍射光栅（λ=532，473 nm）。(d)第一套衍射光栅和(e)第二套衍射光栅（λ=532 nm，473 nm）
此外考虑到传统无机电子材料所构建的电子器件，通常表现为刚硬、平直且不易形变等特点，难以与柔软人体组织兼容。研究人员在无机银纳米粒子的基础上，通过有机PVA分子链的网络交联作用，极大提升了其机械响应能力，显示出优异的抗弯折性，如图4所示。这一特点可用于柔性彩色光学显示和光学信息防伪等应用领域。
图4（a）弯折性能测试。（b）柔性实物图展示。
*感谢论文作者团队对本文的大力支持。
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