一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜，其包括：由納米尺度間隔的納尖高密度排布構(gòu)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(yáng)極，該陽(yáng)極由透光的納米厚度的金屬氧化物導(dǎo)電膜制成，陰陽(yáng)電極間填充有由納米厚度的透明光學(xué)介質(zhì)材料制成的電隔離膜；在加電態(tài)下，金屬納尖陣陰極上可自由移動(dòng)的電子被電極間所激勵(lì)的電場(chǎng)驅(qū)控，向納尖頂聚集，納尖底部及相鄰尖端間的平坦區(qū)域上的自由電子分布密度因部分甚至絕大多數(shù)自由電子被抽走而減少甚至急劇降低，對(duì)應(yīng)于有自由電子密集分布的各尖頂?shù)墓馔高^(guò)率將減弱。本發(fā)明可對(duì)光透過(guò)率執(zhí)行電控調(diào)變，具有適用于較寬譜域及較強(qiáng)光束、偏振不敏感、驅(qū)控靈活以及調(diào)光響應(yīng)快的特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于光學(xué)薄膜及光學(xué)精密測(cè)量與控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)薄膜是一種重要的光學(xué)元件，具有表面光滑、界面清晰、材料折射率在膜內(nèi)連續(xù)在界面處躍變等特征。入射到薄膜表面的光波通過(guò)膜介質(zhì)的偏振性反射和折射，依照特定光參數(shù)配置影響行進(jìn)波束的強(qiáng)度、相位及偏振態(tài)，獲得特定譜域內(nèi)的反射或透射光。典型功能包括:增強(qiáng)波束的反射率或透過(guò)率，對(duì)反射或折射波束的光矢量偏振行為進(jìn)行定態(tài)約束，對(duì)入射光波執(zhí)行選擇性波譜過(guò)濾等。迄今為止所發(fā)展的種類(lèi)繁多的光學(xué)薄膜從功能上主要分為以下幾類(lèi):保護(hù)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(yīng)用于通訊、航空、航天、船舶、電子、機(jī)械、光電、消費(fèi)及科研等領(lǐng)域。一般而言，針對(duì)特定結(jié)構(gòu)或用途的功能性光學(xué)薄膜常展現(xiàn)基于設(shè)計(jì)與工藝的限定性或固定指標(biāo)，如典型的高反射率、高透過(guò)率、高分光或?yàn)V光性、高偏振性等，所構(gòu)建的輸運(yùn)光波常被限定在特定譜域內(nèi)。迄今為止，針對(duì)日益復(fù)雜的需求，光學(xué)薄膜技術(shù)仍在持續(xù)快速發(fā)展，其中的一個(gè)重要方向就是發(fā)展光學(xué)透過(guò)率可調(diào)變的薄膜形態(tài)與架構(gòu)。目前的研發(fā)工作主要集中在以下方面:(一)基于特殊溶液或膠質(zhì)的電調(diào)光或電致變色薄膜；(二)基于特殊材料熱物性的熱致調(diào)光或熱致變色薄膜；(三)光致分子結(jié)構(gòu)變動(dòng)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(xué)效應(yīng)的氣致變色薄膜等。以目前獲得廣泛應(yīng)用的電調(diào)光玻璃、太陽(yáng)鏡、相變光窗等為典型代表。電調(diào)光薄膜技術(shù)，則以其基本微納結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)潔，材料物性易于調(diào)變，控制靈活，電光響應(yīng)快捷，穩(wěn)定性較佳以及適用范圍廣等特點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。
[0003]盡管目前電調(diào)光薄膜技術(shù)在薄膜制備、光學(xué)和電光性能指標(biāo)以及應(yīng)用方面已獲得長(zhǎng)足進(jìn)步，針對(duì)日益凸顯的快速調(diào)光、穩(wěn)定調(diào)變、寬譜域、大動(dòng)態(tài)范圍等需求，仍顯示能力欠缺。歸結(jié)起來(lái)主要有:(一)基于電致物理化學(xué)變化的電調(diào)光薄膜，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，受化學(xué)反應(yīng)漲落影響，光學(xué)參數(shù)穩(wěn)定性不足，光強(qiáng)調(diào)節(jié)度不能滿(mǎn)足需求，難以適應(yīng)快速調(diào)節(jié)要求；(二)基于電控液晶的電調(diào)光薄膜，依據(jù)液晶材料長(zhǎng)鏈大分子固有電矩在外電場(chǎng)中的電響應(yīng)偏擺屬性，實(shí)現(xiàn)部分入射光波其透過(guò)率的電調(diào)變，呈現(xiàn)最快在亞毫秒級(jí)(商用)的緩慢電調(diào)響應(yīng)，入射光能的受控調(diào)變程度低，波譜范圍有限，液晶薄膜在斷電態(tài)下仍表現(xiàn)較強(qiáng)的光透射等；(三)利用材料的熱物性通過(guò)電熱實(shí)現(xiàn)電致光透過(guò)率調(diào)變，具有熱慣性所約束的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和穩(wěn)定化耗時(shí)長(zhǎng)，環(huán)境依賴(lài)性強(qiáng)，受傳輸光波的光熱效應(yīng)影響，控光態(tài)會(huì)呈現(xiàn)較大波動(dòng)或起伏，存在光學(xué)參數(shù)的控制穩(wěn)定性和控制精度低等缺陷；(四)基于電光、熱光、磁光或聲光等相變激勵(lì)效應(yīng)的調(diào)光薄膜，通常僅在相變區(qū)存在較為顯著的電控光學(xué)參數(shù)變動(dòng)，常用作控制光強(qiáng)或通光譜域的窗口材料；(五)其它諸如基于譜干涉效應(yīng)如典型的Fabry-Perot效應(yīng)，通過(guò)構(gòu)建特殊干涉或衍射光場(chǎng)形成特定的光輸運(yùn)形態(tài)的調(diào)光操作，一般存在較強(qiáng)的波譜和偏振選擇性與依賴(lài)性，電調(diào)操作難以在較寬譜域內(nèi)展開(kāi)?？傊l(fā)展適用于快速、寬帶及較強(qiáng)光功率、偏振不敏感、驅(qū)控靈活的調(diào)光薄膜架構(gòu)，仍是目前進(jìn)一步發(fā)展電調(diào)光薄膜技術(shù)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，受到廣泛關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜，其目的在于，實(shí)現(xiàn)入射光波其光透過(guò)率的電控調(diào)變，適用于較寬譜域及較強(qiáng)束功率，偏振不敏感、驅(qū)控靈活、調(diào)光響應(yīng)快、環(huán)境適應(yīng)性好。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜，包括一對(duì)保護(hù)膜、平面陽(yáng)極、金屬納尖陣陰極、一對(duì)基膜以及電隔離膜，頂部保護(hù)膜和底部保護(hù)膜分別設(shè)置在電調(diào)透射光薄膜的頂部和底部，上部基膜和下部基膜分別設(shè)置在平面陽(yáng)極和金屬納尖陣陰極的光入射面和光出射面上，平面陽(yáng)極設(shè)置在上部基膜的表面，金屬納尖陣陰極設(shè)置在下部基膜的表面，并由基于納米尺度間隔的高密度排布納尖構(gòu)成，電隔離膜填充在平面陽(yáng)極和金屬納尖陣陰極間。
[0006]優(yōu)選地，平面陽(yáng)極是由透光的納米厚度材料制成。
[0007]優(yōu)選地，在平面陽(yáng)極的光入射面的邊緣處設(shè)置有第一電引線(xiàn)微焊區(qū)，用于接入金屬電引線(xiàn)。
[0008]優(yōu)選地，在平面陽(yáng)極上設(shè)置有一個(gè)陽(yáng)極指示符，用于指出陽(yáng)極端位置。
[0009]優(yōu)選地，在金屬納尖陣陰極的光出射面上與第一電引線(xiàn)微焊區(qū)對(duì)應(yīng)的邊緣處，設(shè)置有第二電引線(xiàn)微焊區(qū)，用于接入另一根金屬電引線(xiàn)。
[0010]優(yōu)選地，第一電引線(xiàn)微焊區(qū)與平面陽(yáng)極電連接，第二電引線(xiàn)微焊區(qū)與金屬納尖陣陰極電連接。
[0011]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0012]1、通過(guò)在納米尺度間隔高密度排布金屬納尖構(gòu)成一層納米厚度的金屬納尖陣陰極，進(jìn)一步將其與一層納米厚度的平面陽(yáng)極耦合并在其間填充納米厚度的光學(xué)介質(zhì)層，構(gòu)成可電控透過(guò)率的控光薄膜架構(gòu)；
[0013]2、通過(guò)在薄膜上加載幅度、頻率和占空比各異的時(shí)序電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)光透過(guò)率的電控調(diào)變，具有控制靈活以及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；
[0014]3、通過(guò)在薄膜中構(gòu)建電場(chǎng)驅(qū)控功能化電極中的自由電子形成特定空間分布形態(tài)從而呈現(xiàn)特定的光透射行為，具有驅(qū)控穩(wěn)定，雜光及熱環(huán)境因素影響低的特點(diǎn)；
[0015]4、薄膜結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)與其它光學(xué)、光電或電子學(xué)結(jié)構(gòu)易于耦合的特點(diǎn)；
[0016]5、具有適用于較寬譜域及較強(qiáng)束功率、偏振不敏感、驅(qū)控靈活以及調(diào)光響應(yīng)快的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜主要呈現(xiàn)陽(yáng)極端面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜主要呈現(xiàn)陰極端面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)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(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:1_第一電引線(xiàn)微焊區(qū)，2-平面陽(yáng)極，3-陽(yáng)極指示符，4-電調(diào)透射光薄膜;5-第二電引線(xiàn)微焊區(qū)，6-金屬納尖陣陰極，7-頂部保護(hù)膜，8-上部基膜，9-電隔離膜，10-底部保護(hù)膜，11-下部基膜
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，電調(diào)透射光薄膜包括一對(duì)保護(hù)膜7和10、平面陽(yáng)極2、金屬納尖陣陰極6、一對(duì)基膜8和11以及電隔離膜9。
[0024]頂部保護(hù)膜7和底部保護(hù)膜10分別設(shè)置在電調(diào)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(shè)置在頂部保護(hù)膜7的下方和底部保護(hù)膜10的上方，并分別設(shè)置在平面陽(yáng)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(yáng)極2設(shè)置在上部基膜8的表面，并由透光的納米厚度材料(如典型的ITO材料)制成。
[0027]金屬納尖陣陰極6設(shè)置在下部基膜11的表面，并由基于納米尺度間隔的高密度排布納尖構(gòu)成。
[0028]電隔離膜9填充在平面陽(yáng)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(yáng)極2和金屬納尖陣陰極6間保持適當(dāng)間隔，同時(shí)又起到電隔離平面陽(yáng)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(diào)透射光薄膜4的平面陽(yáng)極2的光入射面的邊緣處設(shè)置有第一電引線(xiàn)微焊區(qū)I，用于接入一根金屬電引線(xiàn)；同時(shí)還設(shè)置有一個(gè)陽(yáng)極指示符3，用于指出陽(yáng)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(xiàn)微焊區(qū)I對(duì)應(yīng)的邊緣處，同樣設(shè)置有一個(gè)第二電引線(xiàn)微焊區(qū)5，用于接入另一根金屬電引線(xiàn)。
[0030]第一電引線(xiàn)微焊區(qū)I與平面陽(yáng)極2電連接，第二電引線(xiàn)微焊區(qū)5與金屬納尖陣陰極6電連接。
[0031]在加電態(tài)下，金屬納尖陣陰極上可自由移動(dòng)的電子被電極間所激勵(lì)的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，向各尖頂處聚集，納尖底部及相鄰尖端間的平坦區(qū)域上的自由電子分布密度因部分甚至絕大多數(shù)電子被抽走而減少甚至急劇降低，對(duì)應(yīng)于有自由電子密集分布的各尖頂處的光透過(guò)率將減小甚至急劇下降，尖端底部和尖端間平坦區(qū)域的光透過(guò)率則將增大甚至顯著增強(qiáng)。在斷電態(tài)下，自由電子在納尖頂?shù)姆植济芏嚷愿哂谥苓吋捌渲車(chē)教箙^(qū)域內(nèi)的分布密度，平面陽(yáng)極上的自由電子分布密度則大致相同；通過(guò)調(diào)變加載在金屬納尖陣陰極和平面陽(yáng)極間的時(shí)序電壓信號(hào)幅值，相應(yīng)于調(diào)變尖頂、尖端底部及相鄰尖端間的平坦區(qū)域上的自由電子分布密度，對(duì)入射光波執(zhí)行電調(diào)透過(guò)率操作;通過(guò)調(diào)變所加載的時(shí)序電壓信號(hào)的占空比或頻率，控制對(duì)入射光波執(zhí)行電調(diào)透過(guò)率操作的時(shí)長(zhǎng)。
[0032]圖4是本發(fā)明實(shí)施例基于金屬納尖陣電極的電調(diào)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(xiàn)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(yáng)極相向耦合，各尖頂與平面陽(yáng)極間的距離通過(guò)控制所填充的光學(xué)介質(zhì)層的厚度被限制在納米尺度。
[0033]下面結(jié)合圖1至4說(shuō)明本發(fā)明基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜的工作過(guò)程。首先將一根金屬電引線(xiàn)壓焊在第一電引線(xiàn)微焊區(qū)上，同樣將另一根金屬電引線(xiàn)壓焊在第二電引線(xiàn)微焊區(qū)上。將一路具有特定幅度、頻率和占空比的時(shí)序電壓信號(hào)如典型的方波信號(hào)通過(guò)兩根金屬電引線(xiàn)加載在電調(diào)透射光薄膜上，其中的正電端加載在平面陽(yáng)極上，負(fù)電端加載在金屬納尖陣陰極上，此時(shí)電調(diào)透射光薄膜以特定光透過(guò)率引導(dǎo)入射光波穿過(guò)電調(diào)透射光薄膜。通過(guò)調(diào)變所加載的時(shí)序電壓信號(hào)幅度，調(diào)整所允許通過(guò)的光波能量。通過(guò)改變所加載的具有特定幅度的時(shí)序電壓信號(hào)其占空比或頻率，改變調(diào)光操作的有效工作時(shí)長(zhǎng)。
[0034]本發(fā)明基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜，采用具有幅度、頻率和占空比可調(diào)變的時(shí)序電壓信號(hào)，控制入射到基于金屬納尖陣陰極的電調(diào)透射光薄膜上的光波透過(guò)率，具有適用于較寬譜域及較強(qiáng)束功率、偏振不敏感、驅(qū)控靈活以及調(diào)光響應(yīng)快等特點(diǎn)。
[0035]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜，包括一對(duì)保護(hù)膜、平面陽(yáng)極、金屬納尖陣陰極、一對(duì)基膜以及電隔離膜，其特征在于，頂部保護(hù)膜和底部保護(hù)膜分別設(shè)置在電調(diào)透射光薄膜的頂部和底部，上部基膜和下部基膜分別設(shè)置在平面陽(yáng)極和金屬納尖陣陰極的光入射面和光出射面上，平面陽(yáng)極設(shè)置在上部基膜的表面，金屬納尖陣陰極設(shè)置在下部基膜的表面，并由基于納米尺度間隔的高密度排布納尖構(gòu)成，電隔離膜填充在平面陽(yáng)極和金屬納尖陣陰極間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電調(diào)透射光薄膜，其特征在于，平面陽(yáng)極是由透光的納米厚度材料制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電調(diào)透射光薄膜，其特征在于，在平面陽(yáng)極的光入射面的邊緣處設(shè)置有第一電引線(xiàn)微焊區(qū)，用于接入金屬電引線(xiàn)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電調(diào)透射光薄膜，其特征在于，在平面陽(yáng)極上設(shè)置有一個(gè)陽(yáng)極指示符，用于指出陽(yáng)極端位置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電調(diào)透射光薄膜，其特征在于，在金屬納尖陣陰極的光出射面上與第一電引線(xiàn)微焊區(qū)對(duì)應(yīng)的邊緣處，設(shè)置有第二電引線(xiàn)微焊區(qū)，用于接入另一根金屬電引線(xiàn)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電調(diào)透射光薄膜，其特征在于，第一電引線(xiàn)微焊區(qū)與平面陽(yáng)極電連接，第二電引線(xiàn)微焊區(qū)與金屬納尖陣陰極電連接。
【文檔編號(hào)】G02F1/01GK105866982SQ201610353247
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】張新宇, 張波, 吳勇, 袁瑩, 彭莎, 信釗煒, 魏東, 王海衛(wèi), 謝長(zhǎng)生
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)