一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜，包括：由纳米尺度间隔的纳尖高密度排布构成的一层纳米厚度的金属纳尖阵阴极和一层纳米厚度的平面阳极，该阳极由透光的纳米厚度的金属氧化物导电膜制成，阴阳电极间填充有由纳米厚度的透明光学介质材料制成的电隔离膜；加电态下，金属纳尖阵阴极上可自由移动的电子被电极间所激励的电场驱控，向纳尖顶聚集，纳尖底部及相邻尖端间的平坦区域上的自由电子分布密度因部分甚至绝大多数自由电子被抽走而减少甚至急剧降低，对应于有自由电子密集分布的各尖顶的光透过率将减弱。本实用新型可对光透过率执行电控调变，具有适用于较宽谱域及较强光束、偏振不敏感、驱控灵活以及调光响应快的特点。
【专利说明】
一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜
技术领域
[0001] 本实用新型属于光学薄膜及光学精密测量与控制技术领域，更具体地，涉及一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜。
【背景技术】
[0002] 光学薄膜是一种重要的光学元件，具有表面光滑、界面清晰、材料折射率在膜内连续在界面处跃变等特征。入射到薄膜表面的光波通过膜介质的偏振性反射和折射，依照特定光参数配置影响行进波束的强度、相位及偏振态，获得特定谱域内的反射或透射光。典型功能包括:增强波束的反射率或透过率，对反射或折射波束的光矢量偏振行为进行定态约束，对入射光波执行选择性波谱过滤等。迄今为止所发展的种类繁多的光学薄膜从功能上主要分为以下几类:保护膜、高反膜、增透膜、偏振膜、滤光膜、滤色膜、相位膜、均光膜及分光膜等，目前已被广泛应用于通讯、航空、航天、船舶、电子、机械、光电、消费及科研等领域。 一般而言，针对特定结构或用途的功能性光学薄膜常展现基于设计与工艺的限定性或固定指标，如典型的高反射率、高透过率、高分光或滤光性、高偏振性等，所构建的输运光波常被限定在特定谱域内。迄今为止，针对日益复杂的需求，光学薄膜技术仍在持续快速发展，其中的一个重要方向就是发展光学透过率可调变的薄膜形态与架构。目前的研发工作主要集中在以下方面：（一)基于特殊溶液或胶质的电调光或电致变色薄膜；（二)基于特殊材料热物性的热致调光或热致变色薄膜；（三)光致分子结构变动的控光薄膜；（四）光致特殊成分气体分子如氢气等的物理化学效应的气致变色薄膜等。以目前获得广泛应用的电调光玻璃、太阳镜、相变光窗等为典型代表。电调光薄膜技术，则以其基本微纳结构相对简洁，材料物性易于调变，控制灵活，电光响应快捷，稳定性较佳以及适用范围广等特点，受到广泛关注。
[0003] 尽管目前电调光薄膜技术在薄膜制备、光学和电光性能指标以及应用方面已获得长足进步，针对日益凸显的快速调光、稳定调变、宽谱域、大动态范围等需求，仍显示能力欠缺。归结起来主要有：（一)基于电致物理化学变化的电调光薄膜，其状态转换时间长，受化学反应涨落影响，光学参数稳定性不足，光强调节度不能满足需求，难以适应快速调节要求；（二)基于电控液晶的电调光薄膜，依据液晶材料长链大分子固有电矩在外电场中的电响应偏摆属性，实现部分入射光波其透过率的电调变，呈现最快在亚毫秒级（商用）的缓慢电调响应，入射光能的受控调变程度低，波谱范围有限，液晶薄膜在断电态下仍表现较强的光透射等；（三)利用材料的热物性通过电热实现电致光透过率调变，具有热惯性所约束的状态转换和稳定化耗时长，环境依赖性强，受传输光波的光热效应影响，控光态会呈现较大波动或起伏，存在光学参数的控制稳定性和控制精度低等缺陷；（四）基于电光、热光、磁光或声光等相变激励效应的调光薄膜，通常仅在相变区存在较为显著的电控光学参数变动， 常用作控制光强或通光谱域的窗口材料；（五)其它诸如基于谱干涉效应如典型的Fabry-Perot效应，通过构建特殊干涉或衍射光场形成特定的光输运形态的调光操作，一般存在较强的波谱和偏振选择性与依赖性，电调操作难以在较宽谱域内展开。总之，发展适用于快速、宽带及较强光功率、偏振不敏感、驱控灵活的调光薄膜架构，仍是目前进一步发展电调光薄膜技术的热点和难点问题，受到广泛关注。
【实用新型内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜，其目的在于，实现入射光波其光透过率的电控调变，适用于较宽谱域及较强束功率，偏振不敏感、驱控灵活、调光响应快、环境适应性好。
[0005] 为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜，包括一对保护膜、平面阳极、金属纳尖阵阴极、一对基膜以及电隔离膜， 顶部保护膜和底部保护膜分别设置在电调透射光薄膜的顶部和底部，上部基膜和下部基膜分别设置在平面阳极和金属纳尖阵阴极的光入射面和光出射面上，平面阳极设置在上部基膜的表面，金属纳尖阵阴极设置在下部基膜的表面，并由基于纳米尺度间隔的高密度排布纳尖构成，电隔离膜填充在平面阳极和金属纳尖阵阴极间。
[0006] 优选地，平面阳极是由透光的纳米厚度材料制成。
[0007] 优选地，在平面阳极的光入射面的边缘处设置有第一电引线微焊区，用于接入金属电引线。
[0008] 优选地，在平面阳极上设置有一个阳极指示符，用于指出阳极端位置。
[0009] 优选地，在金属纳尖阵阴极的光出射面上与第一电引线微焊区对应的边缘处，设置有第二电引线微焊区，用于接入另一根金属电引线。
[0010] 优选地，第一电引线微焊区与平面阳极电连接，第二电引线微焊区与金属纳尖阵阴极电连接。
[0011] 总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0012] 1、通过在纳米尺度间隔高密度排布金属纳尖构成一层纳米厚度的金属纳尖阵阴极，进一步将其与一层纳米厚度的平面阳极耦合并在其间填充纳米厚度的光学介质层，构成可电控透过率的控光薄膜架构；
[〇〇13] 2、通过在薄膜上加载幅度、频率和占空比各异的时序电压信号实现光透过率的电
控调变，具有控制灵活以及环境适应性强的优点；
[0014] 3、通过在薄膜中构建电场驱控功能化电极中的自由电子形成特定空间分布形态从而呈现特定的光透射行为，具有驱控稳定，杂光及热环境因素影响低的特点；
[0015] 4、薄膜结构呈现与其它光学、光电或电子学结构易于耦合的特点；
[0016] 5、具有适用于较宽谱域及较强束功率、偏振不敏感、驱控灵活以及调光响应快的
特点。
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型实施例的一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜主要呈现阳极端面的结构示意图；
[0018] 图2是本实用新型实施例的一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜主要呈现阴极端面的结构示意图；
[0019] 图3是本实用新型实施例的一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜的剖面结构示意图；
[0020] 图4(a)和(b)是本实用新型实施例的一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜的电极配置示意图。
[0021] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一电引线微焊区，2-平面阳极，3-阳极指示符，4-电调透射光薄膜;5-第二电引线微焊区，6-金属纳尖阵阴极，7-顶部保护膜，8-上部基膜，9-电隔离膜，10-底部保护膜，11-下部基膜
【具体实施方式】
[0022] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0023] 图3是本实用新型实施例基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜的剖面结构示意图。如图所示，电调透射光薄膜包括一对保护膜7和10、平面阳极2、金属纳尖阵阴极6、一对基膜8和11以及电隔离膜9。
[0024] 顶部保护膜7和底部保护膜10分别设置在电调透射光薄膜4的顶部和底部。
[0025] 上部基膜8和下部基膜11分别设置在顶部保护膜7的下方和底部保护膜10的上方， 并分别设置在平面阳极2和金属纳尖阵阴极6的光入射面和光出射面上。
[0026] 平面阳极2设置在上部基膜8的表面，并由透光的纳米厚度材料（如典型的IT0材料)制成。
[0027] 金属纳尖阵阴极6设置在下部基膜11的表面，并由基于纳米尺度间隔的高密度排布纳尖构成。
[0028] 电隔离膜9填充在平面阳极2和金属纳尖阵阴极6间，且具有纳米厚度，该电隔离膜 9既起到使平面阳极2和金属纳尖阵阴极6间保持适当间隔，同时又起到电隔离平面阳极2和金属纳尖阵阴极6的作用。
[0029] 如图1和图2所示，在电调透射光薄膜4的平面阳极2的光入射面的边缘处设置有第一电引线微焊区1，用于接入一根金属电引线；同时还设置有一个阳极指示符3,用于指出阳极端位置;在金属纳尖阵阴极6的光出射面上与第一电引线微焊区1对应的边缘处，同样设置有一个第二电引线微焊区5，用于接入另一根金属电引线。
[0030] 第一电引线微焊区1与平面阳极2电连接，第二电引线微焊区5与金属纳尖阵阴极6 电连接。
[0031] 在加电态下，金属纳尖阵阴极上可自由移动的电子被电极间所激励的电场驱动， 向各尖顶处聚集，纳尖底部及相邻尖端间的平坦区域上的自由电子分布密度因部分甚至绝大多数电子被抽走而减少甚至急剧降低，对应于有自由电子密集分布的各尖顶处的光透过率将减小甚至急剧下降，尖端底部和尖端间平坦区域的光透过率则将增大甚至显著增强。 在断电态下，自由电子在纳尖顶的分布密度略高于周边及其周围平坦区域内的分布密度， 平面阳极上的自由电子分布密度则大致相同；通过调变加载在金属纳尖阵阴极和平面阳极间的时序电压信号幅值，相应于调变尖顶、尖端底部及相邻尖端间的平坦区域上的自由电子分布密度，对入射光波执行电调透过率操作;通过调变所加载的时序电压信号的占空比或频率，控制对入射光波执行电调透过率操作的时长。
[0032] 图4(a)和(b)是本实用新型实施例基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜的电极配置示意图。如图所示，金属纳尖阵阴极上的纳尖端被高密度均匀排布，包括典型的金属纳尖阵和金属纳线尖阵，相邻金属纳尖的空间间隔在纳米尺度，金属纳尖阵阴极与平面阳极相向耦合，各尖顶与平面阳极间的距离通过控制所填充的光学介质层的厚度被限制在纳米
尺度。
[0033] 下面结合图1至4(a)和(b)说明本实用新型基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜的工作过程。首先将一根金属电引线压焊在第一电引线微焊区上，同样将另一根金属电引线压焊在第二电引线微焊区上。将一路具有特定幅度、频率和占空比的时序电压信号如典型的方波信号通过两根金属电引线加载在电调透射光薄膜上，其中的正电端加载在平面阳极上，负电端加载在金属纳尖阵阴极上，此时电调透射光薄膜以特定光透过率引导入射光波穿过电调透射光薄膜。通过调变所加载的时序电压信号幅度，调整所允许通过的光波能量。通过改变所加载的具有特定幅度的时序电压信号其占空比或频率，改变调光操作的有效工作时长。
[0034] 本实用新型基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜，采用具有幅度、频率和占空比可调变的时序电压信号，控制入射到基于金属纳尖阵阴极的电调透射光薄膜上的光波透过率，具有适用于较宽谱域及较强束功率、偏振不敏感、驱控灵活以及调光响应快等特点。 [〇〇35]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜，包括一对保护膜、平面阳极、金属纳尖 阵阴极、一对基膜以及电隔离膜，其特征在于，顶部保护膜和底部保护膜分别设置在电调透 射光薄膜的顶部和底部，上部基膜和下部基膜分别设置在平面阳极和金属纳尖阵阴极的光 入射面和光出射面上，平面阳极设置在上部基膜的表面，金属纳尖阵阴极设置在下部基膜 的表面，并由基于纳米尺度间隔的高密度排布纳尖构成，电隔离膜填充在平面阳极和金属 纳尖阵阴极间。2. 根据权利要求1所述的电调透射光薄膜，其特征在于，平面阳极是由透光的纳米厚度 材料制成。3. 根据权利要求1所述的电调透射光薄膜，其特征在于，在平面阳极的光入射面的边缘 处设置有第一电引线微焊区，用于接入金属电引线。4. 根据权利要求3所述的电调透射光薄膜，其特征在于，在平面阳极上设置有一个阳极 指示符，用于指出阳极端位置。5. 根据权利要求4所述的电调透射光薄膜，其特征在于，在金属纳尖阵阴极的光出射面 上与第一电引线微焊区对应的边缘处，设置有第二电引线微焊区，用于接入另一根金属电 引线。6. 根据权利要求5所述的电调透射光薄膜，其特征在于，第一电引线微焊区与平面阳极 电连接，第二电引线微焊区与金属纳尖阵阴极电连接。
【文档编号】G02F1/01GK205691891SQ201620485769
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月25日 公开号201620485769.1, CN 201620485769, CN 205691891 U, CN 205691891U, CN-U-205691891, CN201620485769, CN201620485769.1, CN205691891 U, CN205691891U
【发明人】张新宇, 张波, 吴勇, 袁莹, 彭莎, 信钊炜, 魏东, 王海卫, 谢长生
【申请人】华中科技大学