CN105929567A - 一种双路电控纳线簇电极的电调光透射薄 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜，其包括：由纳米尺度间隔的纳线簇高密度排布构成的图案化公共电极以及分布在其上端和下端的顶面阴极和底面金属纳膜阴极，顶面阴极和图案化公共电极均由透光的纳米厚度的同材质膜制成，底面金属纳膜阴极由纳米厚度的金属膜制成；顶面阴极和图案化公共电极以及图案化公共电极与底面金属纳膜阴极间均填充有纳米厚度的同材质光学介质材料。本发明双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜，可对入射光波的透射行为执行精细电控调变，具有适用于宽谱域及较强光束、偏振不敏感、调光响应快的特点。

Description

一种双路电控纳线簇电极的电调光透射薄

技术领域

本发明属于光学薄膜和光学精密测量与控制技术领域，更具体地，涉及一种双路电控纳线簇电极的电调光透射薄。

背景技术

通常情况下，光波在薄膜界面因反射和折射被分离成反射波以及穿过薄膜的透射波，这两部分波束所输运的能量一般依据环境和膜介质的介电行为呈特定比率，以特征反射及透射率/系数加以表征。一般而言，针对特定用途的光学薄膜常基于设计和工艺显示限定性或固定化的光反射与透射效能，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。在人类的生产、生活和科研活动中所能接触到的光波，大多源于地球、太阳、星体或人工光源。随着近些年光源技术的快速发展，种类繁多并具有特定波谱、强度、偏振、波前与波列长度的光辐射层出不穷，对光敏装置的光辐照防护、视觉保护或危害减轻等均提出了更高要求。迄今为止，基于面阵CMOS或CCD光敏芯片的成像探测技术，在航空、航天、船舶、机械、电子、科研及消费等领域获得广泛应用，它们均以执行光电转换的功能化光敏结构为信息载体，具有特定的辐照适用范围，会在强光闪耀或强功率激光照射下因响应迅速饱和而丧失成像分辨能力甚至探测功能，包括极端情况下的光敏结构损毁等。眼睛是人类接收绝大部分外界信息的视觉器官。研究显示，不同谱域的光辐射如紫外光、可见光以及红外光等，在辐射接收过度情形下会对视网膜造成程度不同的危害，辐射频率越高，危害越大，如典型的医学蓝光危害等。其它较强的光辐照危害还包括：皮肤灼伤、视网膜黄斑损伤、暂时性或不可恢复的视力减退甚至永久失明等。摆脱包括上述危害的一个有效方式是为光敏结构附加光学透过率受控装置。迄今为止，采用光学薄膜调控光通量技术，已呈现快速发展趋势，典型进展包括：电致调光薄膜，热致调光薄膜，气致调光薄膜以及相变调光薄膜等。电调光薄膜技术以其驱控灵活和兼容标准微电子工艺等特征，受到广泛关注。

尽管目前电调光薄膜技术在薄膜制备，改善和增强光学及电光性能以及拓展应用等方面获得了长足进步，针对日益凸显的快速调光、精细调变、更好的光学稳定性、更佳的谱适用性等需求，仍显示能力不足。归结起来主要有：(一)基于材料电致热物性的调光薄膜因热惯性仅具备慢调光能力，并且易出现环境或光热效应诱导的光学不稳定现象，难以实施精细控热操作，在目前皮秒级激光技术在工业界已获得广泛应用，飞秒级激光技术在科研领域已成为常规手段这一情形下，更无法有效发挥作用；(二)基于电致物理变化的电调光薄膜，如典型的液晶架构，其电调光响应仍显缓慢，在强光作用下易饱和甚至会出现结构损伤；(三)基于电致物理化学效应的电调光薄膜，如典型的驱控特殊气体分子产生受控的物理化学变化，同样存在调光速度低，光强变动范围有限，仅适用于特定谱域，难以执行精细调节等缺陷；(四)其它诸如通过构建特殊干涉或衍射光场激励特定输运形态光场的调光操作，一般均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、偏振不敏感、驱控精细灵活的调光架构，仍是目前进一步发展电调光薄膜技术的热点和难点问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜，其目的在于，实现入射波束其光透过率的精细电控调变，适用于宽谱及较强束传输功率情形，具有偏振不敏感、调光响应快等特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜，包括顶面阴极、图案化公共电极、金属纳膜阴极、一对电绝缘膜、以及一对光学介质层，上电绝缘膜设置在电调光透射薄膜的顶部，下电绝缘膜设置在电调光透射薄膜的底部，顶面阴极设置在上电绝缘膜和上光学介质层之间，光学介质层分别设置在顶面阴极和金属纳膜阴极的光入射面和光出射面上，用于隔离及保护阳极和阴极，图案化公共电极是由多个纳线结构以阵列形态高密度排布构成。

优选地，图案化公共电极是由与顶面阴极同材质的透光的纳米厚度材料制成，并由基于纳米尺度间隔且高密度排布的纳线簇构成。

优选地，在电调光透射薄膜的顶面阴极上光入射面的边缘处设置有电引线微焊区，用以接入一根金属电引线。

优选地，在电引线微焊区的附近还设置有第二电引线微焊区，用以接入另一根金属电引线，该第二电引线微焊区与顶面阴极电绝缘。

优选地，顶面阴极上还设置有阳极指示符，用以指示顶面阴极的位置。

优选地，在金属纳膜阴极外表面与第一电引线微焊区相对应的边缘处同样设置有第三电引线微焊区，用以接入第三根金属电引线。

优选地，纳线结构包括直线阵、弯曲直线阵、弧线阵、矩形、均匀网孔线阵、同心圆及同心椭圆线阵。

总体而言，通过本发明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：

1、通过基于纳米尺度间隔高密度排布纳线簇构成图案化公共电极并进一步与配置在其上端和下端的顶面阴极和底面金属纳膜阴极实现介电耦合，构成可精细电控光透过率的控光薄膜架构；

2、通过在薄膜上加载双路独立的时序电压信号并分别对其幅度、频率和占空比进行匹配性调节，对入射光波实施精细的电调透过率控光操作

3、采用双路独立电信号相互匹配加载方式呈现控制灵活，控光调节可精细化，驱控稳定以及环境适应性好的优点；

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；

5、具有适用于宽谱及较强束传输功率、偏振不敏感以及调光响应快的特点。

附图说明

图1是本发明实施例的双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜主要呈现正面一端的结构示意图；

图2是本发明实施例的双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜主要呈现背面一端的结构示意图；

图3是本发明实施例的双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜的剖面结构示意图；

图4是本发明实施例的双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜的电极结构形态及电极配置示意图。

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-第二电引线微焊区，3-顶面阴极端，4-阳极指示符，5-电调光透射薄膜；6-第三电引线微焊区，7-底面金属纳膜阴极端，8-上电绝缘膜，9-下电绝缘膜，10-上光学介质层，11-下光学介质层，12-图案化公共电极12。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明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。

图3是本发明实施例的双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜的剖面结构示意图。如图所示，该电调光透射薄膜包括由透光的纳米厚度材料(如典型的ITO材料)制成的顶面阴极3、图案化公共电极12、金属纳膜阴极7、一对电绝缘膜8和9、以及一对光学介质层10和11。

上电绝缘膜8设置在电调光透射薄膜的顶部，下电绝缘膜9设置在电调光透射薄膜的底部。

顶面阴极3设置在上电绝缘膜8和上光学介质层10之间。

光学介质层10和11分别设置在顶面阴极3和金属纳膜阴极7的光入射面和光出射面上，用于隔离及保护阳极和阴极。

图案化公共电极12是由与顶面阴极3同材质的透光的纳米厚度材料制成，并由基于纳米尺度间隔且高密度排布的纳线簇构成。

图1是本发明实施例的双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜主要呈现顶面阴极端的结构示意图，图2是本发明实施例的双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜主要呈现底面金属纳膜阴极端的结构示意图。如图所示，在电调光透射薄膜的顶面阴极3上光入射面的边缘处设置有一个电引线微焊区1，用以接入一根金属电引线；在电引线微焊区1的附近还同时设置有一个第二电引线微焊区2，用以接入另一根金属电引线，该电引线微焊区与顶面阴极3电绝缘；另外顶面阴极上设置有一个阳极指示符4，用以指示顶面阴极3的位置；在金属纳膜阴极7外表面与第一电引线微焊区1相对应的边缘处同样设置有一个第三电引线微焊区6，用以接入第三根金属电引线。

在加电态下，双路独立的时序电压信号V₁和V₂被分别加载在图案化公共电极与顶面阴极及底面金属纳膜阴极上，从而在顶面阴极和底面金属纳膜阴极上分别激励出具有亚微米尺度且锐化程度可调变的阵列化纳电场，如图所示的沿底面金属纳膜阴极表面分布的局域电场E_面和垂直阴极表面的局域电场E_垂所构成的局域锐化电场E₁＝E_面+E_垂，以及局域辅助控制电场E₂；在顶面阴极中所激励的纳电场情况与底面金属纳膜阴极中的情形类似；顶面阴极与底面金属纳膜阴极上可自由移动的电子被电极间所激励的纳电场驱控，向各纳电场中具有最强场强的部位聚集，从而改变顶面阴极和底面金属纳膜阴极上的自由电子分布密度及其分布形态，有自由电子聚集的部位其光透过率将显著降低，缺少自由电子的部位其光透过率则将显著增强，从而综合实现薄膜的电调光透过率功能；通过匹配性调变双路电压信号，可对顶面阴极和底面金属纳膜阴极上所激励的电场进行微调变，实现透射光波的微调节；在断电态下，电子在上***极及图案化公共电极上均匀分布从而呈现薄膜的本证光透射属性。通过调变所加载的双路时序电压信号幅值，相应于调节阴阳电极间所激励的空间电场，从而调节阴极表面处的电子分布密度及其分布形态，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频率或占空比，控制对入射光波执行电调透过率操作的时长。

图4是本发明实施例的双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜的图案化电极结构形态及电极配置示意图。如图所示，图案化公共电极由制作在透明导电材料如典型的ITO电极材料上的多种纳线结构以阵列形态高密度排布构成，包括典型的直线阵、弯曲直线阵、弧线阵、矩形及均匀网孔线阵、同心圆及同心椭圆线阵等，顶面阴极同样由制作图案化公共电极所采用的相同的透明导电材料如典型的ITO电极材料制成。

下面结合图1至4说明本发明实施例的双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜的工作过程。首先将两根金属电引线分别压焊在顶面阴极和底面金属纳膜阴极的电引线微焊区上，将另一根金属电引线同样压焊在第二电引线微焊区上。将两路具有特定幅度、频率和占空比的时序电压信号通过顶面阴极金属电引线和图案化公共电极金属电引线，以及底面金属纳膜阴极金属电引线和图案化公共电极金属电引线分别加载在调光薄膜上，正电端均加载在图案化公共电极上，两个负电端分别加载在顶面阴极和底面金属纳膜阴极上，此时调光薄膜以特定光透过率引导入射光波穿过薄膜。通过匹配调变所加载的双路时序电压信号幅度，调整所允许通过的光通量。通过改变所加载的具有特定幅度的时序电压信号的频率或占空比，改变调光操作的有效工作时长。调光薄膜对通过顶面阴极或底面金属纳膜阴极入射的光波具有相同的控光效能。

本发明的双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜，通过采用双路可调频、调幅及调占空比的时序电压信号，精细控制调光薄膜的光波透过率，具有适用于宽谱波束、偏振不敏感、调光响应快等特点。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双路电控纳线簇电极的电调光透射薄膜，包括顶面阴极、图案化公共电极、金属纳膜阴极、一对电绝缘膜、以及一对光学介质层，其特征在于，

上电绝缘膜设置在电调光透射薄膜的顶部，下电绝缘膜设置在电调光透射薄膜的底部；

顶面阴极设置在上电绝缘膜和上光学介质层之间；

光学介质层分别设置在顶面阴极和金属纳膜阴极的光入射面和光出射面上，用于隔离及保护阳极和阴极；

图案化公共电极是由多个纳线结构以阵列形态高密度排布构成。

2.根据权利要求1所述的电调光透射薄膜，其特征在于，图案化公共电极是由与顶面阴极同材质的透光的纳米厚度材料制成，并由基于纳米尺度间隔且高密度排布的纳线簇构成。

3.根据权利要求1所述的电调光透射薄膜，其特征在于，在电调光透射薄膜的顶面阴极上光入射面的边缘处设置有电引线微焊区，用以接入一根金属电引线。

4.根据权利要求3所述的电调光透射薄膜，其特征在于，在电引线微焊区的附近还设置有第二电引线微焊区，用以接入另一根金属电引线，该第二电引线微焊区与顶面阴极电绝缘。

5.根据权利要求4所述的电调光透射薄膜，其特征在于，顶面阴极上还设置有阳极指示符，用以指示顶面阴极的位置。

6.根据权利要求5所述的电调光透射薄膜，其特征在于，在金属纳膜阴极外表面与第一电引线微焊区相对应的边缘处同样设置有第三电引线微焊区，用以接入第三根金属电引线。

7.根据权利要求6所述的电调光透射薄膜，其特征在于，纳线结构包括直线阵、弯曲直线阵、弧线阵、矩形、均匀网孔线阵、同心圆及同心椭圆线阵。