Optimized White Reflectance in Photonic Network Structures

Three-dimensional disordered networks are receiving increasing attention as versatile architectures for highly scattering materials. However, due to their complex morphology, little is still known about the interplay between their structural and optical properties. Here, we describe a simple algorithm that allows to generate photonic network structures inspired by that of the Cyphochilus beetle, famous for the bright white reflectance of its thin cuticular scales. The model allows to vary the degree of structural anisotropy and filling fraction of the network independently, revealing the key contribution of these two parameters to the overall scattering efficiency. Rigorous numerical simulations show that the obtained structures can exceed the broadband reflectance of the beetle while using less material, providing new insights for the design of advanced scattering materials.Comment: 10 pages, 3 figures. peer reviewed version, published in final form at https://doi.org/10.1002/adom.20190004

Anisotropic Light Transport in White Beetle Scales

open6sìThe extremely brilliant whiteness shown by the Cyphochilus beetle is generated by multiple scattering of light inside the ultrathin scales that cover its body, whose interior is characterized by an anisotropic nanostructured network of chitin filaments. It is demonstrated that the structural anisotropy of the network is crucial in order to achieve high broadband reflectance from such a thin, low‐refractive‐index system.openCortese, L; Pattelli, L; Utel, F; Vignolini, S; Burresi, M; Wiersma, DSCortese, L; Pattelli, L; Utel, F; Vignolini, S; Burresi, M; Wiersma, D

Propagazione di luce in mezzi disordinati: Misure di trasporto diffusivo tramite imaging stazionario

Nel presente lavoro di tesi è stato effettuato uno studio del trasporto di luce in sistemi diffusivi. Per effettuare tale studio è stato allestito un apparato sperimentale ottimizzato per acquisire profili di trasmissione risolti spazialmente di campioni con geometria a slab. Tramite delle misure su un campione diffusivo di riferimento è stato valutato il funzionamento dell’apparato e sono stati effettuati dei test per ottimizzare il procedimento di misurazione. L’apparato è stato poi impiegato per condurre un’analisi del trasporto in un altro sistema disordinato particolarmente interessante, una scaglia di scarafaggio bianco Chyphochilus. Questa specie presenta una bianchezza unica in natura, per via della particolare struttura ottica insita nelle sue scaglie. Le misure effettuate su questo campione hanno rivelato la presenza di anisotropia di trasporto, elemento che potrebbe rivestire un ruolo centrale nelle eccezionali proprietà macroscopiche della scaglia. Sia l’analisi sul campione diffusivo che sulla scaglia di Chyphochilus dimostrano come l’apparato messo a punto permetta di investigare le proprietà microscopiche e strutturali del processo di trasporto di luce, consentendo di stimare il grado di anisotropia dei sistemi esaminati. L’intero lavoro di tesi è stato svolto presso il laboratorio Europeo di Spettroscopia Non-lineare LENS di Firenze all’interno dell’attività di ricerca del gruppo di ottica dei sistemi complessi di Diederik Wiersma. Il campione di scaglia di Chyphochilus è stato fornito dal prof. Peter Vukusic dell’Università di Exeter, UK