【背景介绍】
光学傅里叶表面是一种独特的图案化光学表面，由一系列正弦轮廓叠加而成，其中每个正弦轮廓都具有特定的空间频率和幅值。它可以通过傅里叶变换操纵所需的衍射光，由此为设计复杂的衍射光学器件带来了一种有效的方法。然而，目前其制造技术通常存在效率低的缺点，限制了光学傅里叶表面的大规模工业应用。
【内容介绍】
这项研究提出了一种简单而有效的方法，即多频复合振动切削（MFVC），以实现光学傅里叶表面的高效制造。利用MFVC在金属表面上制作了由周期从2.2 μm 到10.0 μm不同的正弦光栅叠加形成的光学傅里叶表面，并由此证明了傅里叶表面在表面结构色领域的应用。由于多分量光栅具有在同一入射角耦合红、绿、蓝三色光的能力，因此可以制备三原色混合形成的RGB真彩结构色。在金属铝表面加工出的真彩结构色图案证明了MFVC在光学傅里叶表面制造中的强大能力。
2022级直博生丁培员为论文的第一作者，清华大学王健健助理教授为通讯作者，冯平法教授、张建富副教授、张翔宇助理研究员和郑中鹏博士后为本论文提供了重要的理论指导和撰写建议。
该成果以“Fabrication of optical Fourier surface by multiple-frequency vibration cutting for structural true coloration”为题被Small接收。
https://doi.org/10.1002/smll.202303500
该工作获得了该工作获得了国家自然科学基金项目（52105458）和北京市自然科学基金项目（3222009）的资助。
【文章内容】
基于大面积傅里叶表面的加工需求，提出了多频振动切削（MFVC）的方法，并基于此实现了图案化真彩结构色的制备。 
图1 利用多频振动切削制备傅里叶表面的原理
基于MFVC验证傅里叶表面的加工效果。
图2 (a)-(f)傅里叶表面加工效果；(g)不同加工方法的效率对比。
通过不同的三原色调控原理实现真彩结构色效果。
图3 (a)基于光学衍射的真彩结构色效果；(b)基于表面等离子体激元极化吸收的真彩结构色效果。
通过逐像素点的方式制备了图案化的真彩结构色。
图4 利用逐像素点的方式制备图案化真彩结构色
所得效果分别如下所示：
图5 基于光学衍射的真彩结构色制备效果
图6 基于等离子体激元极化吸收制备的图案效果。
图7 实验所用机床结构示意图
【全文小结】
（1）通过振动加工技术可以有效制备具有多频率分量的傅里叶表面，（频率误差＜ 5%）并相比传统加工技术大幅提高效率。
（2）基于傅里叶表面能实现对不同波长光的耦合控制，并可以分别依赖光学衍射和等离子体激元极化吸收产生三原色混合的效果。
（3）通过逐像素点的方式可以加工出完整的图案化真彩结构色表面，其中光学衍射的色域范围相比传统结构色大幅提高。