一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜的製作方法

2023-06-17 11:23:41

一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜，包括：由納米尺度間隔的納尖高密度排布構成的一層納米厚度的金屬納尖陣陰極和一層納米厚度的平面陽極，該陽極由透光的納米厚度的金屬氧化物導電膜製成，陰陽電極間填充有由納米厚度的透明光學介質材料製成的電隔離膜；加電態下，金屬納尖陣陰極上可自由移動的電子被電極間所激勵的電場驅控，向納尖頂聚集，納尖底部及相鄰尖端間的平坦區域上的自由電子分布密度因部分甚至絕大多數自由電子被抽走而減少甚至急劇降低，對應於有自由電子密集分布的各尖頂的光透過率將減弱。本實用新型可對光透過率執行電控調變，具有適用於較寬譜域及較強光束、偏振不敏感、驅控靈活以及調光響應快的特點。
【專利說明】
一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜
技術領域
[0001] 本實用新型屬於光學薄膜及光學精密測量與控制技術領域，更具體地，涉及一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜。
【背景技術】
[0002] 光學薄膜是一種重要的光學元件，具有表面光滑、界面清晰、材料折射率在膜內連續在界面處躍變等特徵。入射到薄膜表面的光波通過膜介質的偏振性反射和折射，依照特定光參數配置影響行進波束的強度、相位及偏振態，獲得特定譜域內的反射或透射光。典型功能包括:增強波束的反射率或透過率，對反射或折射波束的光矢量偏振行為進行定態約束，對入射光波執行選擇性波譜過濾等。迄今為止所發展的種類繁多的光學薄膜從功能上主要分為以下幾類:保護膜、高反膜、增透膜、偏振膜、濾光膜、濾色膜、相位膜、均光膜及分光膜等，目前已被廣泛應用於通訊、航空、航天、船舶、電子、機械、光電、消費及科研等領域。 一般而言，針對特定結構或用途的功能性光學薄膜常展現基於設計與工藝的限定性或固定指標，如典型的高反射率、高透過率、高分光或濾光性、高偏振性等，所構建的輸運光波常被限定在特定譜域內。迄今為止，針對日益複雜的需求，光學薄膜技術仍在持續快速發展，其中的一個重要方向就是發展光學透過率可調變的薄膜形態與架構。目前的研發工作主要集中在以下方面：（一)基於特殊溶液或膠質的電調光或電致變色薄膜；（二)基於特殊材料熱物性的熱致調光或熱致變色薄膜；（三)光致分子結構變動的控光薄膜；（四）光致特殊成分氣體分子如氫氣等的物理化學效應的氣致變色薄膜等。以目前獲得廣泛應用的電調光玻璃、太陽鏡、相變光窗等為典型代表。電調光薄膜技術，則以其基本微納結構相對簡潔，材料物性易於調變，控制靈活，電光響應快捷，穩定性較佳以及適用範圍廣等特點，受到廣泛關注。
[0003] 儘管目前電調光薄膜技術在薄膜製備、光學和電光性能指標以及應用方面已獲得長足進步，針對日益凸顯的快速調光、穩定調變、寬譜域、大動態範圍等需求，仍顯示能力欠缺。歸結起來主要有：（一)基於電致物理化學變化的電調光薄膜，其狀態轉換時間長，受化學反應漲落影響，光學參數穩定性不足，光強調節度不能滿足需求，難以適應快速調節要求；（二)基於電控液晶的電調光薄膜，依據液晶材料長鏈大分子固有電矩在外電場中的電響應偏擺屬性，實現部分入射光波其透過率的電調變，呈現最快在亞毫秒級（商用）的緩慢電調響應，入射光能的受控調變程度低，波譜範圍有限，液晶薄膜在斷電態下仍表現較強的光透射等；（三)利用材料的熱物性通過電熱實現電致光透過率調變，具有熱慣性所約束的狀態轉換和穩定化耗時長，環境依賴性強，受傳輸光波的光熱效應影響，控光態會呈現較大波動或起伏，存在光學參數的控制穩定性和控制精度低等缺陷；（四）基於電光、熱光、磁光或聲光等相變激勵效應的調光薄膜，通常僅在相變區存在較為顯著的電控光學參數變動， 常用作控制光強或通光譜域的窗口材料；（五)其它諸如基於譜幹涉效應如典型的Fabry-Perot效應，通過構建特殊幹涉或衍射光場形成特定的光輸運形態的調光操作，一般存在較強的波譜和偏振選擇性與依賴性，電調操作難以在較寬譜域內展開。總之，發展適用於快速、寬帶及較強光功率、偏振不敏感、驅控靈活的調光薄膜架構，仍是目前進一步發展電調光薄膜技術的熱點和難點問題，受到廣泛關注。
【實用新型內容】
[0004] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜，其目的在於，實現入射光波其光透過率的電控調變，適用於較寬譜域及較強束功率，偏振不敏感、驅控靈活、調光響應快、環境適應性好。
[0005] 為實現上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜，包括一對保護膜、平面陽極、金屬納尖陣陰極、一對基膜以及電隔離膜， 頂部保護膜和底部保護膜分別設置在電調透射光薄膜的頂部和底部，上部基膜和下部基膜分別設置在平面陽極和金屬納尖陣陰極的光入射面和光出射面上，平面陽極設置在上部基膜的表面，金屬納尖陣陰極設置在下部基膜的表面，並由基於納米尺度間隔的高密度排布納尖構成，電隔離膜填充在平面陽極和金屬納尖陣陰極間。
[0006] 優選地，平面陽極是由透光的納米厚度材料製成。
[0007] 優選地，在平面陽極的光入射面的邊緣處設置有第一電引線微焊區，用於接入金屬電引線。
[0008] 優選地，在平面陽極上設置有一個陽極指示符，用於指出陽極端位置。
[0009] 優選地，在金屬納尖陣陰極的光出射面上與第一電引線微焊區對應的邊緣處，設置有第二電引線微焊區，用於接入另一根金屬電引線。
[0010] 優選地，第一電引線微焊區與平面陽極電連接，第二電引線微焊區與金屬納尖陣陰極電連接。
[0011] 總體而言，通過本實用新型所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：
[0012] 1、通過在納米尺度間隔高密度排布金屬納尖構成一層納米厚度的金屬納尖陣陰極，進一步將其與一層納米厚度的平面陽極耦合併在其間填充納米厚度的光學介質層，構成可電控透過率的控光薄膜架構；
[〇〇13] 2、通過在薄膜上加載幅度、頻率和佔空比各異的時序電壓信號實現光透過率的電
控調變，具有控制靈活以及環境適應性強的優點；
[0014] 3、通過在薄膜中構建電場驅控功能化電極中的自由電子形成特定空間分布形態從而呈現特定的光透射行為，具有驅控穩定，雜光及熱環境因素影響低的特點；
[0015] 4、薄膜結構呈現與其它光學、光電或電子學結構易於耦合的特點；
[0016] 5、具有適用於較寬譜域及較強束功率、偏振不敏感、驅控靈活以及調光響應快的
特點。
【附圖說明】

[0017] 圖1是本實用新型實施例的一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜主要呈現陽極端面的結構示意圖；
[0018] 圖2是本實用新型實施例的一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜主要呈現陰極端面的結構示意圖；
[0019] 圖3是本實用新型實施例的一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜的剖面結構示意圖；
[0020] 圖4(a)和(b)是本實用新型實施例的一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜的電極配置示意圖。
[0021] 在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1-第一電引線微焊區，2-平面陽極，3-陽極指示符，4-電調透射光薄膜;5-第二電引線微焊區，6-金屬納尖陣陰極，7-頂部保護膜，8-上部基膜，9-電隔離膜，10-底部保護膜，11-下部基膜
【具體實施方式】
[0022] 為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0023] 圖3是本實用新型實施例基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜的剖面結構示意圖。如圖所示，電調透射光薄膜包括一對保護膜7和10、平面陽極2、金屬納尖陣陰極6、一對基膜8和11以及電隔離膜9。
[0024] 頂部保護膜7和底部保護膜10分別設置在電調透射光薄膜4的頂部和底部。
[0025] 上部基膜8和下部基膜11分別設置在頂部保護膜7的下方和底部保護膜10的上方， 並分別設置在平面陽極2和金屬納尖陣陰極6的光入射面和光出射面上。
[0026] 平面陽極2設置在上部基膜8的表面，並由透光的納米厚度材料（如典型的IT0材料)製成。
[0027] 金屬納尖陣陰極6設置在下部基膜11的表面，並由基於納米尺度間隔的高密度排布納尖構成。
[0028] 電隔離膜9填充在平面陽極2和金屬納尖陣陰極6間，且具有納米厚度，該電隔離膜 9既起到使平面陽極2和金屬納尖陣陰極6間保持適當間隔，同時又起到電隔離平面陽極2和金屬納尖陣陰極6的作用。
[0029] 如圖1和圖2所示，在電調透射光薄膜4的平面陽極2的光入射面的邊緣處設置有第一電引線微焊區1，用於接入一根金屬電引線；同時還設置有一個陽極指示符3,用於指出陽極端位置;在金屬納尖陣陰極6的光出射面上與第一電引線微焊區1對應的邊緣處，同樣設置有一個第二電引線微焊區5，用於接入另一根金屬電引線。
[0030] 第一電引線微焊區1與平面陽極2電連接，第二電引線微焊區5與金屬納尖陣陰極6 電連接。
[0031] 在加電態下，金屬納尖陣陰極上可自由移動的電子被電極間所激勵的電場驅動， 向各尖頂處聚集，納尖底部及相鄰尖端間的平坦區域上的自由電子分布密度因部分甚至絕大多數電子被抽走而減少甚至急劇降低，對應於有自由電子密集分布的各尖頂處的光透過率將減小甚至急劇下降，尖端底部和尖端間平坦區域的光透過率則將增大甚至顯著增強。 在斷電態下，自由電子在納尖頂的分布密度略高於周邊及其周圍平坦區域內的分布密度， 平面陽極上的自由電子分布密度則大致相同；通過調變加載在金屬納尖陣陰極和平面陽極間的時序電壓信號幅值，相應於調變尖頂、尖端底部及相鄰尖端間的平坦區域上的自由電子分布密度，對入射光波執行電調透過率操作;通過調變所加載的時序電壓信號的佔空比或頻率，控制對入射光波執行電調透過率操作的時長。
[0032] 圖4(a)和(b)是本實用新型實施例基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜的電極配置示意圖。如圖所示，金屬納尖陣陰極上的納尖端被高密度均勻排布，包括典型的金屬納尖陣和金屬納線尖陣，相鄰金屬納尖的空間間隔在納米尺度，金屬納尖陣陰極與平面陽極相向耦合，各尖頂與平面陽極間的距離通過控制所填充的光學介質層的厚度被限制在納米
尺度。
[0033] 下面結合圖1至4(a)和(b)說明本實用新型基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜的工作過程。首先將一根金屬電引線壓焊在第一電引線微焊區上，同樣將另一根金屬電引線壓焊在第二電引線微焊區上。將一路具有特定幅度、頻率和佔空比的時序電壓信號如典型的方波信號通過兩根金屬電引線加載在電調透射光薄膜上，其中的正電端加載在平面陽極上，負電端加載在金屬納尖陣陰極上，此時電調透射光薄膜以特定光透過率引導入射光波穿過電調透射光薄膜。通過調變所加載的時序電壓信號幅度，調整所允許通過的光波能量。通過改變所加載的具有特定幅度的時序電壓信號其佔空比或頻率，改變調光操作的有效工作時長。
[0034] 本實用新型基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜，採用具有幅度、頻率和佔空比可調變的時序電壓信號，控制入射到基於金屬納尖陣陰極的電調透射光薄膜上的光波透過率，具有適用於較寬譜域及較強束功率、偏振不敏感、驅控靈活以及調光響應快等特點。 [〇〇35]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【主權項】
1. 一種基於金屬納尖陣電極的電調透射光薄膜，包括一對保護膜、平面陽極、金屬納尖 陣陰極、一對基膜以及電隔離膜，其特徵在於，頂部保護膜和底部保護膜分別設置在電調透 射光薄膜的頂部和底部，上部基膜和下部基膜分別設置在平面陽極和金屬納尖陣陰極的光 入射面和光出射面上，平面陽極設置在上部基膜的表面，金屬納尖陣陰極設置在下部基膜 的表面，並由基於納米尺度間隔的高密度排布納尖構成，電隔離膜填充在平面陽極和金屬 納尖陣陰極間。2. 根據權利要求1所述的電調透射光薄膜，其特徵在於，平面陽極是由透光的納米厚度 材料製成。3. 根據權利要求1所述的電調透射光薄膜，其特徵在於，在平面陽極的光入射面的邊緣 處設置有第一電引線微焊區，用於接入金屬電引線。4. 根據權利要求3所述的電調透射光薄膜，其特徵在於，在平面陽極上設置有一個陽極 指示符，用於指出陽極端位置。5. 根據權利要求4所述的電調透射光薄膜，其特徵在於，在金屬納尖陣陰極的光出射面 上與第一電引線微焊區對應的邊緣處，設置有第二電引線微焊區，用於接入另一根金屬電 引線。6. 根據權利要求5所述的電調透射光薄膜，其特徵在於，第一電引線微焊區與平面陽極 電連接，第二電引線微焊區與金屬納尖陣陰極電連接。
【文檔編號】G02F1/01GK205691891SQ201620485769
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月25日 公開號201620485769.1, CN 201620485769, CN 205691891 U, CN 205691891U, CN-U-205691891, CN201620485769, CN201620485769.1, CN205691891 U, CN205691891U
【發明人】張新宇, 張波, 吳勇, 袁瑩, 彭莎, 信釗煒, 魏東, 王海衛, 謝長生
【申請人】華中科技大學