对光的选择和控制一直以来是器件设计者和制造者所追求的目标。光作为一种平面电磁波在传播中有三个基本性质：频率，极化和角度。频率选择和极化选择已经有了成熟的解决方案，然而在角度选择方面基础研究和商业化均进展缓慢。近期，Lux Labs印可桢，曲俞睿，John D. Joannopoulos，Marin Solja?i?，沈亦晨团队在宽带光的角度选择方面取得了突破性进展。相关成果以标题为“Enabling Manufacturable Optical Broadband Angular-Range Selective Films”发表在ACS Nano上。Lux Labs的角度选择膜在学术界和工业界的突破在于：1）实现了对可见光全光谱（400-700nm）的角度选择与控制；2）角度选择的效果在空气中就可以实现，无需折光率匹配液；3）角度选择膜的制备使用传统工程塑料，工业中试级别的挤出设备，可以进行大规模工业化生产。

  经典的1D-Photonic Crystal由两种不同材料以A/B/A/B的方式组成多层膜；在精准控制每层厚度达到可见光波长1/4的时候可以实现对该波长的反射。这其中利用了两种材料的折射率的差异。然而如果两种材料的折射率相同的话，高分子多层膜则如同单一材料一样透明。根据此原理，可以让两种材料在一个方向的折射率的匹配的，在另一个方向产生折射率差异，从而达到角度选择的效果。也就是说，当光正入射时，角度选择膜是透明的（折射率匹配）；而当光斜入射时，角度选择膜由于折射率差，产生光子禁带将光反射回去。将不同厚度的多层膜叠加，就可以实现可见光全光谱的角度选择（图一）。

图一. 角度选择膜的光学理论：a，示意图显示 p-偏振光以零和非零角度入射在 1D PhC 上。不同的颜色（蓝色和灰色）代表双层的不同折射率。带隙仅出现在非零入射角处。b，1D PhC 上以零和非零角度入射的 p-偏振光的透射光谱。1D PhC 有 80 个双层，周期为 100 nm。c，双层结构堆叠机制的示意图。d，不同周期的 85 个叠层的 p-偏振透射光谱。每个堆栈由 50 个各向同性-各向异性双层组成。A层和B层的厚度比为1:1。

  文章中的角度选择膜使用了传统工程塑料PETG（polyethylene terephthalate glycol）和PA（polyamide），经由241层共挤模具挤出。膜宽12英寸，单次收卷长度为100英尺。通过不同度多层膜的叠加，可实现垂直防线透光率至80%；60°方向反射率至75%。将角度选择膜贴在一台iPhone上可以看到：手机里的彩虹图片在垂直方向清晰可见而在60°方向被角度选择膜挡住。（图二）

图二. 角度选择膜的实现：a，角度选择膜成品和多层结构的AFM表征。b，角度选择膜在可见光范围内不同角度的透光率。c，iPhone中的彩虹图案穿过角度选择膜在垂直方向清晰可见。d，iPhone中的彩虹图案在60°方向被角度选择膜所遮挡。

  角度选择膜在太阳能电池，手机电脑隐私屏幕，汽车玻璃，传感器领域有着广阔的应用前景。LuxLabs的角度选择膜提出了先进的光学原理，依托传统高分子材料和生产方法，证明了该产品的理论基础和商业化可行性。欢迎学术界和工业界的广泛合作。

  文章链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07417