Enhancing color saturation in photonic glasses through optimized absorption

材料科学 光学 光子学 散射 吸收(声学) 饱和(图论) 光子晶体 折射率 平均自由程 光散射 结构着色 光电子学 物理 数学 组合数学
作者
Guotao Zhang,Ming Xiao
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:32 (12): 20432-20432
标识
DOI:10.1364/oe.516278
摘要

Photonic glasses, isotropically assembled nanoparticles with short-range correlation, can produce angle independent structural colors. They show broader reflectance spectra and lower saturated colors, compared to photonic crystals. Low color saturation creates barriers for photonic glasses to be used for coatings, cosmetics, and colors. Broadband absorbing materials are commonly used to absorb incoherently scattered light to enhance the saturation. However, there is limited understanding on how the absorption quantitatively affects the colors of photonic glasses. To this end, we here use a validated Monte Carlo-based multiple scattering model to investigate how absorption impacts the reflectance spectra in photonic glasses. We show that the color saturation can be maximized with an optimal level of absorption regardless of sample thickness or refractive index contrast between particles and matrix. We quantitatively demonstrate that the multiple scattering is largely reduced with the optimal absorption level and the reflectance is dominantly contributed by the single scattering. The optimal absorption occurs when the sample absorption mean free path is comparable to the transport mean free path, which offers a guidance on how much absorbing material is needed for creating highly saturated photonic glasses. This work will not only pave ways for pushing applications of angle-independent structural colors, but also improve our understanding of light scattering and absorption in short-range correlated disordered systems.

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