Femtosecond laser modification of plasmonic color and diffuse reflectance of semicontinuous aluminum film-insulator-metal mirror structures

材料科学 等离子体子 光电子学 结构着色 激光器 飞秒 光学 等离子太阳电池 薄膜 纳米技术 太阳能电池 光子晶体 聚合物太阳能电池 物理
作者
Michał P. Nowak,Bogusz Stępak,Mateusz Pielach,Yuriy Stepanenko,Tomasz Wojciechowski,Bartosz Bartosewicz,Urszula Chodorow,P. Wachulak,Piotr Nyga
标识
DOI:10.1117/12.2621580
摘要

Plasmonic nanostructures can efficiently absorb and scatter light, and thus exhibit vibrant colors. Colors originate from the excitation of plasmon resonances – collective oscillations of free electrons in metallic nanoparticles. Semicontinuous metal films (SMF) are a special type of disordered plasmonic structures that can be mass-produced in a rather inexpensive physical vapor deposition process. SMFs are comprised of random in their nature nano-island structures of various sizes and shapes resonating at different wavelengths. When irradiated with high-intensity laser radiation, the nanostructures can be locally modified. Spatially local restructuring originates from highly localized SMF absorption of light in hotspots, regions of a high local electric field. Thus, the optical response of the film can be altered in a spectrally selective manner. Hence, locally different colors are obtained. In this work, we demonstrate the generation of structural plasmonic colors through femtosecond laser-induced modification of thin semicontinuous aluminum films deposited on an aluminum mirror coated with an isolator layer. The structures show vivid colors in reflection. The effects of laser parameters on final color are explored. In addition, we report laser-induced control of diffuse reflectance of aluminum SMF structures. Self-passivation effect of aluminum results in the long-term stability of generated colors.

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