CN111142271B - 一种消散斑纳米光学器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消散斑纳米光学器件，涉及光学技术领域，该器件包括依次层叠设置的纳米相位层、透明导电层、压电材料层以及透明导电电极层，纳米相位层包括呈随机分布的若干种不同相位的纳米单元，透明导电层上还制作有上金属电极，透明导电电极层包括若干个像素化透明电极和透明连线并制作有下金属电极，上金属电极和下金属电极之间加载随机或周期驱动信号；该器件的消散斑原理既降低激光空间相关性又降低激光时间相干性，散斑抑制效果好，且无需机械可动结构、可靠性高；同时还具有结构紧凑、集成度高、体积小、便于光路高度集成、透射率高、光效利用率高、器件性能稳定、不受外界温度影响等优点。

Description

一种消散斑纳米光学器件

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其是一种消散斑纳米光学器件。

背景技术

散斑是由激光高相干性产生的一种特征，它降低了感光像质，给激光应用带来了不利影响。在激光投影、激光光路、激光显示等领域，散斑现象是一个常见问题。

目前常采用消散斑调制技术路线来降低激光的相干性，据此，现有的消散斑方案可分为降低激光空间相干性的静态散斑抑制方案与降低时间相干性的动态散斑抑制方案。其中，静态散斑抑制方案有多波长叠加、多散射片级联等方式，多波长叠加对激光显示的颜色管理带来新问题，多散射片级联仅涉及空间相干性，效果有限，增加光路复杂性且降低光效。动态散斑抑制方案主要通过微型电控马达等机械可动结构带动随机相位板或散射片，但机械可动结构对系统的可靠性带来挑战。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种消散斑纳米光学器件，本发明的技术方案如下：

一种消散斑纳米光学器件，该消散斑纳米光学器件包括依次层叠设置的纳米相位层、透明导电层、压电材料层以及透明导电电极层，纳米相位层包括呈随机分布的若干种不同相位的纳米单元，透明导电层上还制作有上金属电极，透明导电电极层包括若干个像素化透明电极和透明连线，透明导电电极层上还制作有下金属电极，上金属电极和下金属电极之间加载随机或周期驱动信号。

其进一步的技术方案为，消散斑纳米光学器件的工作波段为可见光波段或者近红外波段，纳米单元的特征尺寸小于消散斑纳米光学器件的工作波段。

其进一步的技术方案为，纳米相位层中的各个纳米单元的特征尺寸对应的相位在0～2π范围内。

其进一步的技术方案为，纳米相位层包括呈随机分布的K种不同相位的纳米单元，K≥8。

其进一步的技术方案为，纳米单元相对于透明导电层呈凸起的柱状结构或凹陷的孔状结构，纳米单元的轮廓形状为圆形、矩形或椭圆形。

其进一步的技术方案为，透明导电电极层包括的像素化透明电极的个数为N×M，N≥1，M≥2。

其进一步的技术方案为，纳米相位层采用α-Si、c-Si、GaAs、GaP、InP、二氧化钛、二氧化硅、金或银制成。

其进一步的技术方案为，透明导电层和透明导电电极层均采用消散斑纳米光学器件的工作波段下的透明材料制成，采用的消散斑纳米光学器件的工作波段下的透明材料为ITO、纳米银线透明导电薄膜、金属膜系、氧化物膜系、其他化合物膜系、高分子膜系和复合膜系中的任意一种。

其进一步的技术方案为，压电材料层采用铌酸锂、钽酸锂或石英制成。

其进一步的技术方案为，上金属电极和下金属电极均采用金属材料制成，金属材料为铝或金。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种消散斑纳米光学器件，结构紧凑、集成度高、体积小、便于光路高度集成，该光学器件的消散斑原理既降低激光空间相关性又降低激光时间相干性，散斑抑制效果好；控制简单，无需机械可动结构，只要增加随机驱动信号即可，因此可靠性高；透射率高、光效利用率高；器件性能稳定，不受外界温度影响。

附图说明

图1是本申请公开的消散斑纳米光学器件的一个视角的爆炸图。

图2是本申请公开的消散斑纳米光学器件的另一个视角的结构图。

图3是纳米相位层和透明导电层的层叠结构的俯视示意图。

图4是纳米单元的特征尺寸与相位的对应关系图。

图5是像素化透明电极、透明连线与下金属电极的另一种连接示意图。

图6是同一光机系统在同样测试条件下未经过本申请的消散斑纳米光学器件与经过本申请的消散斑纳米光学器件两种情况下的试验数据效果对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种消散斑纳米光学器件，请参考图1和2，该消散斑纳米光学器件包括从上至下依次层叠设置的纳米相位层、透明导电层1、压电材料层2以及透明导电电极层3，其中：

请参考图3所示的纳米相位层与透明导电层1的层叠结构俯视示意图，纳米相位层包括呈随机分布的若干种不同相位的纳米单元4，纳米单元4的特征尺寸小于消散斑纳米光学器件的工作波段，其单元排列组合符合随机分布。在本申请中，该消散斑纳米光学器件的工作波段为可见光波段或者近红外波段，各个纳米单元4的特征尺寸对应的相位在0～2π范围内。纳米单元4的特征尺寸与相位的对应关系如图4所示。在本申请中，纳米相位层包括呈随机分布的K种不同相位的纳米单元4，K≥8，比如常见的可以取K为8或16。

纳米相位层由若干个凸起的柱状结构的纳米单元4构成，或者，纳米相位层上开设有孔状结构的纳米单元4。纳米单元4的轮廓形状为圆形、矩形或椭圆形，因此纳米单元4可以为圆柱形、长方形、圆孔形、方孔形、椭圆柱形、椭圆孔等等，如图1以纳米相位层由凸起的圆柱形的纳米单元4为例。纳米相位层采用α-Si、c-Si、GaAs、GaP、InP、二氧化钛、二氧化硅、金或银制成。

在实际应用时，透明导电层1上还制作有上金属电极5。

压电材料层2采用铌酸锂、钽酸锂或石英制成。透明导电层1和透明导电电极层3均采用消散斑纳米光学器件的工作波段下的透明材料制成，本申请采用的消散斑纳米光学器件的工作波段下的透明材料包括但不限于ITO、纳米银线透明导电薄膜、金属膜系、氧化物膜系、其他化合物膜系、高分子膜系或复合膜系。

请参考图1、2和5，透明导电电极层3包括若干个像素化透明电极6和透明连线7，这若干个像素化透明电极6呈阵列形式布置，像素化透明电极6的个数为N×M，也即形成N×M的阵列结构，N≥1，M≥2。如图2以N＝2、M＝3为例，图5以N＝1、M＝6为例。每个透明连线7的一端分别与一个像素化透明电极6相连。透明导电电极层3上还制作有下金属电极8，具体的，每个透明连线7的另一端处分别制作有下金属电极8。

上金属电极5和下金属电极8均采用金属材料制成，包括但不限于铝和金。上金属电极5和下金属电极8之间加载随机或周期驱动信号。

该消散斑纳米光学器件在使用时，光路从纳米相位层一侧进入、从透明导电电极层3一侧射出，上金属电极5和下金属电极8上加载随机驱动信号即可进行控制，无需机械可动结构，控制方式简单、可靠性好。该光学器件既降低激光空间相干性又降低激光时间相干性，散斑抑制效果好。通过试验比对，对于同一光机系统在同样测试条件下，未使用本申请的光学器件时，散斑对比度(Speckle Contrast，SC)为12.87％，经过本申请的光学器件后，散斑对比度为3.57％，低于人眼散斑对比度阈值4％，效果较好，效果对比图如图6所示。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种消散斑纳米光学器件，其特征在于，所述消散斑纳米光学器件包括依次层叠设置的纳米相位层、透明导电层、压电材料层以及透明导电电极层，所述纳米相位层包括呈随机分布的若干种不同相位的纳米单元，所述透明导电层上还制作有上金属电极，所述透明导电电极层包括若干个像素化透明电极和透明连线，所述透明导电电极层上还制作有下金属电极，所述上金属电极和所述下金属电极之间加载随机或周期驱动信号；

其中，所述纳米相位层包括呈随机分布的K种不同相位的纳米单元，K≥8。

2.根据权利要求1所述的消散斑纳米光学器件，其特征在于，所述消散斑纳米光学器件的工作波段为可见光波段或者近红外波段，所述纳米单元的特征尺寸小于所述消散斑纳米光学器件的工作波段。

3.根据权利要求2所述的消散斑纳米光学器件，其特征在于，所述纳米相位层中的各个纳米单元的特征尺寸对应的相位在0～2π范围内。

4.根据权利要求1所述的消散斑纳米光学器件，其特征在于，所述纳米相位层由凸起的柱状结构的纳米单元构成或者所述纳米相位层上开设有孔状结构的纳米单元，所述纳米单元的轮廓形状为圆形、矩形或椭圆形。

5.根据权利要求1所述的消散斑纳米光学器件，其特征在于，所述透明导电电极层包括的像素化透明电极的个数为N×M，N≥1，M≥2。

6.根据权利要求1-5任一所述的消散斑纳米光学器件，其特征在于，所述纳米相位层采用α-Si、c-Si、GaAs、GaP、InP、二氧化钛、二氧化硅、金或银制成。

7.根据权利要求1-5任一所述的消散斑纳米光学器件，其特征在于，所述透明导电层和所述透明导电电极层均采用所述消散斑纳米光学器件的工作波段下的透明材料制成，所述消散斑纳米光学器件的工作波段下的透明材料为ITO、纳米银线透明导电薄膜、金属膜系、氧化物膜系、高分子膜系和复合膜系中的任意一种。

8.根据权利要求1-5任一所述的消散斑纳米光学器件，其特征在于，所述压电材料层采用铌酸锂、钽酸锂或石英制成。

9.根据权利要求1-5任一所述的消散斑纳米光学器件，其特征在于，所述上金属电极和所述下金属电极均采用金属材料制成，所述金属材料为铝或金。

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