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  對光的選擇和控制一直以來是器件設計者和制造者所追求的目標。光作為一種平面電磁波在傳播中有三個基本性質：頻率，極化和角度。頻率選擇和極化選擇已經有了成熟的解決方案，然而在角度選擇方面基礎研究和商業化均進展緩慢。近期，Lux Labs印可楨，曲俞睿，John D. Joannopoulos，Marin Solja?i?，沈亦晨團隊在寬帶光的角度選擇方面取得了突破性進展。相關成果以標題為“Enabling Manufacturable Optical Broadband Angular-Range Selective Films”發表在ACS Nano上。Lux Labs的角度選擇膜在學術界和工業界的突破在于：1）實現了對可見光全光譜（400-700nm）的角度選擇與控制；2）角度選擇的效果在空氣中就可以實現，無需折光率匹配液；3）角度選擇膜的制備使用傳統工程塑料，工業中試級別的擠出設備，可以進行大規模工業化生產。

  經典的1D-Photonic Crystal由兩種不同材料以A/B/A/B的方式組成多層膜；在精準控制每層厚度達到可見光波長1/4的時候可以實現對該波長的反射。這其中利用了兩種材料的折射率的差異。然而如果兩種材料的折射率相同的話，高分子多層膜則如同單一材料一樣透明。根據此原理，可以讓兩種材料在一個方向的折射率的匹配的，在另一個方向產生折射率差異，從而達到角度選擇的效果。也就是說，當光正入射時，角度選擇膜是透明的（折射率匹配）；而當光斜入射時，角度選擇膜由于折射率差，產生光子禁帶將光反射回去。將不同厚度的多層膜疊加，就可以實現可見光全光譜的角度選擇（圖一）。

圖一. 角度選擇膜的光學理論：a，示意圖顯示 p-偏振光以零和非零角度入射在 1D PhC 上。不同的顏色（藍色和灰色）代表雙層的不同折射率。帶隙僅出現在非零入射角處。b，1D PhC 上以零和非零角度入射的 p-偏振光的透射光譜。1D PhC 有 80 個雙層，周期為 100 nm。c，雙層結構堆疊機制的示意圖。d，不同周期的 85 個疊層的 p-偏振透射光譜。每個堆棧由 50 個各向同性-各向異性雙層組成。A層和B層的厚度比為1:1。

  文章中的角度選擇膜使用了傳統工程塑料PETG（polyethylene terephthalate glycol）和PA（polyamide），經由241層共擠模具擠出。膜寬12英寸，單次收卷長度為100英尺。通過不同度多層膜的疊加，可實現垂直防線透光率至80%；60°方向反射率至75%。將角度選擇膜貼在一臺iPhone上可以看到：手機里的彩虹圖片在垂直方向清晰可見而在60°方向被角度選擇膜擋住。（圖二）

圖二. 角度選擇膜的實現：a，角度選擇膜成品和多層結構的AFM表征。b，角度選擇膜在可見光范圍內不同角度的透光率。c，iPhone中的彩虹圖案穿過角度選擇膜在垂直方向清晰可見。d，iPhone中的彩虹圖案在60°方向被角度選擇膜所遮擋。

  角度選擇膜在太陽能電池，手機電腦隱私屏幕，汽車玻璃，傳感器領域有著廣闊的應用前景。LuxLabs的角度選擇膜提出了先進的光學原理，依托傳統高分子材料和生產方法，證明了該產品的理論基礎和商業化可行性。歡迎學術界和工業界的廣泛合作。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07417