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
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜，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極，該陽極由透光的納米厚度的金屬氧化物導(dǎo)電膜制成，陰陽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；加電態(tài)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(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，對應(yīng)于有自由電子密集分布的各尖頂?shù)墓馔高^率將減弱。本實用新型可對光透過率執(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。
【專利說明】
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] 本實用新型屬于光學(xué)薄膜及光學(xué)精密測量與控制技術(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率，對反射或折射波束的光矢量偏振行為進(jìn)行定態(tài)約束，對入射光波執(zhí)行選擇性波譜過濾等。迄今為止所發(fā)展的種類繁多的光學(xué)薄膜從功能上主要分為以下幾類: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、消費及科研等領(lǐng)域。 一般而言，針對特定結(jié)構(gòu)或用途的功能性光學(xué)薄膜常展現(xiàn)基于設(shè)計與工藝的限定性或固定指標(biāo)，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(gòu)建的輸運光波常被限定在特定譜域內(nèi)。迄今為止，針對日益復(fù)雜的需求，光學(xué)薄膜技術(shù)仍在持續(xù)快速發(fā)展，其中的一個重要方向就是發(fā)展光學(xué)透過率可調(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)相對簡潔，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，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)用方面已獲得長足進(jìn)步，針對日益凸顯的快速調(diào)光、穩(wěn)定調(diào)變、寬譜域、大動態(tài)范圍等需求，仍顯示能力欠缺。歸結(jié)起來主要有：（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)換時間長，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)液晶材料長鏈大分子固有電矩在外電場中的電響應(yīng)偏擺屬性，實現(xiàn)部分入射光波其透過率的電調(diào)變，呈現(xiàn)最快在亞毫秒級（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電熱實現(xiàn)電致光透過率調(diào)變，具有熱慣性所約束的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和穩(wěn)定化耗時長，環(huán)境依賴性強(qiáng)，受傳輸光波的光熱效應(yīng)影響，控光態(tài)會呈現(xiàn)較大波動或起伏，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， 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)，通過構(gòu)建特殊干涉或衍射光場形成特定的光輸運形態(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性，電調(diào)操作難以在較寬譜域內(nèi)展開?？傊?，發(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)的熱點和難點問題，受到廣泛關(guān)注。
【實用新型內(nèi)容】
[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實用新型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，實現(xiàn)入射光波其光透過率的電控調(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] 為實現(xiàn)上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜，包括一對保護(hù)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(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(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極和金屬納尖陣陰極間。
[0006] 優(yōu)選地，平面陽極是由透光的納米厚度材料制成。
[0007] 優(yōu)選地，在平面陽極的光入射面的邊緣處設(shè)置有第一電引線微焊區(qū)，用于接入金屬電引線。
[0008] 優(yōu)選地，在平面陽極上設(shè)置有一個陽極指示符，用于指出陽極端位置。
[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微焊區(qū)對應(yīng)的邊緣處，設(shè)置有第二電引線微焊區(qū)，用于接入另一根金屬電引線。
[0010] 優(yōu)選地，第一電引線微焊區(qū)與平面陽極電連接，第二電引線微焊區(qū)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(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)成可電控透過率的控光薄膜架構(gòu)；
[〇〇13] 2、通過在薄膜上加載幅度、頻率和占空比各異的時序電壓信號實現(xiàn)光透過率的電
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；
[0014] 3、通過在薄膜中構(gòu)建電場驅(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；
[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；
[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。
【附圖說明】

[0017] 圖1是本實用新型實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)陽極端面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是本實用新型實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是本實用新型實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(a)和(b)是本實用新型實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)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-第一電引線微焊區(qū)，2-平面陽極，3-陽極指示符，4-電調(diào)透射光薄膜;5-第二電引線微焊區(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
【具體實施方式】
[0022] 為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。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(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是本實用新型實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保護(hù)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(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(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IT0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(dāng)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(diào)透射光薄膜4的平面陽極2的光入射面的邊緣處設(shè)置有第一電引線微焊區(qū)1，用于接入一根金屬電引線；同時還設(shè)置有一個陽極指示符3,用于指出陽極端位置;在金屬納尖陣陰極6的光出射面上與第一電引線微焊區(qū)1對應(yīng)的邊緣處，同樣設(shè)置有一個第二電引線微焊區(qū)5，用于接入另一根金屬電引線。
[0030] 第一電引線微焊區(qū)1與平面陽極2電連接，第二電引線微焊區(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的電子被電極間所激勵的電場驅(qū)動， 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，對應(yīng)于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(qū)域的光透過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教箙^(qū)域內(nèi)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(diào)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(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，對入射光波執(zhí)行電調(diào)透過率操作;通過調(diào)變所加載的時序電壓信號的占空比或頻率，控制對入射光波執(zhí)行電調(diào)透過率操作的時長。
[0032] 圖4(a)和(b)是本實用新型實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(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(a)和(b)說明本實用新型基于金屬納尖陣電極的電調(diào)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(qū)上，同樣將另一根金屬電引線壓焊在第二電引線微焊區(qū)上。將一路具有特定幅度、頻率和占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(diào)透射光薄膜上，其中的正電端加載在平面陽極上，負(fù)電端加載在金屬納尖陣陰極上，此時電調(diào)透射光薄膜以特定光透過率引導(dǎo)入射光波穿過電調(diào)透射光薄膜。通過調(diào)變所加載的時序電壓信號幅度，調(diào)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占空比或頻率，改變調(diào)光操作的有效工作時長。
[0034] 本實用新型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)變的時序電壓信號，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。 [〇〇35]本領(lǐng)域的技術(shù)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，并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(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于金屬納尖陣電極的電調(diào)透射光薄膜，包括一對保護(hù)膜、平面陽極、金屬納尖 陣陰極、一對基膜以及電隔離膜，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(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，在平面陽極的光入射面的邊緣 處設(shè)置有第一電引線微焊區(qū)，用于接入金屬電引線。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，在平面陽極上設(shè)置有一個陽極 指示符，用于指出陽極端位置。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 上與第一電引線微焊區(qū)對應(yīng)的邊緣處，設(shè)置有第二電引線微焊區(qū)，用于接入另一根金屬電 引線。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，第一電引線微焊區(qū)與平面陽極 電連接，第二電引線微焊區(qū)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(fā)明人】張新宇, 張波, 吳勇, 袁瑩, 彭莎, 信釗煒, 魏東, 王海衛(wèi), 謝長生
【申請人】華中科技大學(xué)