CN113514911A - 一种光学结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于光学器件技术领域，提出一种光学结构及其制备方法。该光学结构包括：隔离膜，具有透明结构，且用于反射预设波长范围的光；多个反射单元，多个所述反射单元呈周期性阵列分布于所述隔离膜的一侧，所述反射单元包括设置于所述隔离膜一侧的介质层和设于所述介质层背离所述隔离膜一侧的金属层；填充层，填充于所述反射单元之间，至少部分相邻所述金属层的间隙小于可见光波长。本公开提供的光学结构能够通过反射单元实现对可见光的非对称传输，且通过隔离膜反射预设波长范围的光，当该预设波长范围为产生热量的近红外光时，则光学结构能隔绝产生热量的近红外光，显然，由该光学结构包围的空间能够实现无源降温，且具备单向透射功能。
Description
技术领域
本公开涉及光学器件技术领域，具体而言，涉及一种光学结构及其制备方法。
背景技术
光的非对称传输(asymmetric light transmission，ALT)是指光从正向和反向通过该器件时的透过率不同。
当前用于实现单向透射的器件依赖于光的不对称，即器件两侧的光强度不同才能实现，当器件两侧的光信号强度一致时，则器件失去对光的单向透射功能。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光学结构及其制备方法及镜子。
根据本公开的一个方面，提供一种光学结构，包括：
隔离膜，具有透明结构，且用于反射预设波长范围的光；
多个反射单元，多个所述反射单元呈周期性阵列分布于所述隔离膜的一侧，所述反射单元包括设置于所述隔离膜一侧的介质层和设于所述介质层背离所述隔离膜一侧的金属层；
填充层，填充于所述反射单元之间，至少部分相邻所述金属层的间隙小于可见光波长。
根据本公开的另一方面，还提供一种光学结构制备方法，包括：
提供支撑层；
在所述支撑层的一侧形成隔离膜；
在所述隔离膜背离所述支撑层的一侧形成周期性阵列分布的反射单元，所述反射单元包括金属层及形成于所述金属层一侧的介质层；
使用柔性材料填充于相邻所述反射单元之间。
本公开提供的光学结构能够通过反射单元实现对可见光的非对称传输，且不同于传统的依赖光信号的非对称实现ALT效应的器件，本公开中的光学结构对光信号没有任何要求，因而大大提高了该光学结构的适用范围。同时，所设置的隔离膜可用于反射预设波长范围的光，当该预设波长范围为产生热量的近红外光时，则光学结构能隔绝产生热量的近红外光，显然，由该光学结构包围的空间能够实现无源降温，且具备单向透射功能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开光学结构的侧视图；
图2为本公开光学结构的俯视图；
图3为图2中沿AA线的剖视图；
图4为本公开反射单元的一可选结构示意图；
图5a～图5d给出了反射单元的一种示例性实施例的结构示意图；
图6为本公开一光学结构对可见光的反射特性和透射特性图；
图7为本公开另一光学结构对可见光的反射和透射特性图；
图8为本公开又一光学结构对可见光的反射和透射特性图；
图9为本公开按照表一结构层叠形成的隔离膜的反射效果图；
图10为本公开按照表二结构层叠形成的隔离膜的反射效果图；
图11为本公开五种膜层改变厚度后形成的隔离膜的反射效果图；
图12为本公开光学结构制备方法的流程图；
图13为本公开提供的一示例性工艺流程图；
图14为本公开提供的光学结构的一使用场景示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本公开实施方式提供了一种光学结构，该光学结构能够实现对可见光的非对称传输。图1所示为该光学结构的侧视图，图2所示为该光学结构的俯视图，图3所示为图2中沿AA线的剖视图，参考图1～图3，该光学结构100可包括：隔离膜10、多个反射单元20、填充层30；隔离膜10具有透明结构，且用于反射预设波长范围的光；多个反射单元20呈周期性阵列分布于隔离膜10的一侧，反射单元20包括设置于隔离膜10一侧的介质层22和设于介质层22背离隔离膜10一侧的金属层21；填充层30填充于反射单元20之间，相邻金属层21的间隙小于可见光波长。
本示例性实施例提供的光学结构100能够通过反射单元20实现对可见光的非对称传输，即具备对可见光的单向透射功能，且不同于传统的依赖光信号的非对称实现ALT效应的器件，本示例性实施例中的反射单元20通过金属层21和介质层22的配合，使得反射单元20对由介质层侧入射的光高反射，以及对由金属层侧入射的光高透射，可见，本示例性实施例中的光学结构100仅通过自身结构即可实现对可见光的单向透射功能，而对光信号没有任何要求，因而大大提高了光学结构100的适用范围。同时，光学结构100中的隔离膜10可用于反射预设波长范围的光，当该预设波长范围为产生热量的近红外光时，则光学结构100能隔绝产生热量的近红外光，因此，由该光学结构100包围的空间能够实现无源降温。
本示例性实施例中，隔离膜10具有透明结构是指隔离膜10能够对可见光高透。可采用透明材料制备隔离膜10，使得隔离膜10具备透明结构。当然，也可以采用其他方式实现隔离膜10的透明结构。隔离膜10可以为多膜层结构，可先确定需要反射的光的波长，即预设波长，再基于布拉格反射原理优化出一具有多膜层结构的隔离膜10，使得隔离膜10能够反射预设波长范围的光。本示例性实施例中，考虑到产生热量的近红外光主要集中在1.1um～1.8um之间，因此可将预设波长范围确定为1.1um～1.8um，这样，所形成的光学结构100能够将该波段范围的光反射，从而可以降低该光学结构100包围空间内的温度，起到节能降温的作用。当然，在其他示例性实施例中，根据使用需要，预设波长的光还可以为其他波段的光。
反射单元20包括金属层21和介质层22，反射单元20周期性排列使得金属层21具备周期性效应，因为周期性效应，金属层21表面具备等离子体效应形成额外波矢，当光线从介质层22侧入射至金属层21时，因为介质层22的折射率影响，入射光波矢与金属层21表面的额外波矢不匹配，造成入射光难以透过金属层21，从而对由介质层22侧进入的入射光呈高反射特性。而金属层21背离介质层22的一侧由于没有介质层22的影响，金属层21表面等离子体效应形成的额外波矢与该侧入射的光形成波矢匹配，从而对该侧的入射光呈高透射，由此可使得该光学结构100对可见光具备非对称传输特性。
如图2所示，本示例性实施例中反射单元20的周期性排列是指反射单元20至少在某一方向(如图2中的X方向和/或Y方向，或者其他方向)等间隔排列。反射单元20的排列周期即为相邻反射单元20的中心距，如图2中的相邻反射单元20的中心距a，其中的相邻反射单元是指沿周期排列方向的相邻反射单元，如图2中的第一反射单元201和第二反射单元202构成一相邻反射单元。间隙是指相邻反射单元20在隔离膜10的正投影的最小间距，如图2所示的间距L。本示例性实施例中，可先确定反射单元20的排列周期a，再确定反射单元20的具体尺寸，使得相邻金属层21的间隙满足要求。
本示例性实施例中的金属层21可选用对可见光具备强表面等离子体效应的材料，以使得反射单元20能够对可见光呈高反射特性，金属层21的材料可以为AL，或者可以为Ag、Au等贵金属材料。
本示例性实施例中，介质层22的折射率可设置为大于金属层21的折射率。这样经由介质层22侧进入的入射光衍射阶少而可以极大地降低入射光的透射率，进一步加强金属层21对介质层22侧入射的可见光的波矢不匹配效应，提高光学结构100对可见光的非对称传输的对比度。本示例性实施例中，介质层22的材料可以为SiN、Si、TiO2、GaN中的一种或多种。当然，在其他示例性实施例中，介质层22也可以选用其他对可见光高透的材料。
填充层30将周期性排列的反射单元20连接成一整体，填充层30可仅填充于反射单元20之间，即在反射单元20的上下两侧不填充。或者，填充层30也可以设置为完全包裹反射单元20，此时，填充层30需要选用对可见光高透的材料，以透过可见光。填充层30可选用柔性基材或介质弹性体，其材料可以为聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或多种。当然，在其他示例性实施例中，填充层30也可以选用别的材料。
此外，本示例性实施例中，光学结构100还可以包括基板，基板位于隔离膜背离反射单元的一侧。
如图4所示，为本公开反射单元的一可选结构示意图，图中的X方向与隔离膜10所在平面平行，Z方向垂直于X方向，沿Z方向，金属层21位于介质层22的上方，即金属层21位于介质层22远离隔离膜10的一侧。本示例性实施例中，反射单元20可包括第一结构层211和第二结构层212，第一结构层211位于第二结构层212远离隔离膜10一侧的任意位置，第一结构层211在隔离膜10的正投影与第二结构层212在隔离膜10的正投影重叠或位于第二结构层212在隔离膜10的正投影内。其中，第一结构层211可仅位于金属层21，或仅位于介质层22，或位于金属层21与介质层22的交界处，即包括部分金属层21和部分介质层22；类似地，第二结构层212同样可以为仅位于金属层21，或者仅位于介质层22，或者位于金属层21和介质层22的交界处，即包含部分金属层21和部分介质层22。第一结构层211在隔离膜10的正投影与第二结构层212在隔离膜10的正投影重叠可以重合，或者第一结构层211的正投影位于第二结构层212的正投影内。当第一结构层211在隔离膜10的正投影与第二结构层212在隔离膜10的正投影重叠时，反射单元20Z可以为一圆柱体结构，圆柱体结构的长度方向为Z方向，以使得所形成的光学结构100极化不敏感(当然，应理解的是，只要金属层和介质层在隔离膜的正投影为圆形，所形成的光学结构均具有极化不敏感的优点)，能够适应自然光的使用环境；此外反射单元20还可以为一长方体，长方体的反射单元具有易于加工的优点。当第一结构层211在隔离膜10上的正投影位于第二结构层212在隔离膜10上的正投影内时，即第一结构层211在隔离膜10上的正投影小于第二结构层212在隔离膜10上的正投影，且第一结构层211在隔离膜10上的正投影的边沿与第二结构层212在隔离膜10上的正投影的边沿具有一定距离时，反射单元20Z可以增强光学结构ALT效应的对比度，即当入射光从介质层22侧入射时，反射单元20会增加入射光的反射率(透过率低)，当从背离介质层22的一侧入射时，反射单元20会增加入射光的透射率。图5a～图5d示例性给出了反射单元一种示例性实施例的结构示意图，以金属层21和介质层22在隔离层的正投影均为圆形为例，当反射单元20具有图5a所示结构时，金属层21和介质层22均为圆柱体，且金属层21在隔离膜10的正投影直径小于介质层22在隔离膜10的正投影直径。或者，当反射单元20具有图5b所示结构时，金属层21为圆柱体，介质层22为圆台结构，金属层21在隔离膜10的正投影直径小于介质层22在隔离膜10的最小正投影直径。或者，当反射单元20具有图5c所示结构时，金属层21为圆台结构，介质层22为一圆柱体，且金属层21在隔离膜10的最大直径小于介质层22在隔离膜10的直径。或者，当反射单元20具有图5d所示结构时，金属层21和介质层22均为圆台结构，且金属层21在隔离膜10的最大正投影直径小于介质层22在隔离膜10的最小正投影直径。应当理解的是，当金属层21和/或介质层22为圆台结构时，圆台结构在隔离膜10的正投影直径可以渐变或者也可以突变。此外，金属层21在隔离膜10的正投影、介质层22在隔离膜10的正投影也可以设置为其他规则或不规则的图形。例如，可以为长方形，或者三角形等，此处不再赘述。
此外，如图2所示，本示例性实施例中，多个反射单元20可按照一定的几何图形进行周期性排列。例如，多个反射单元20在隔离膜10的一侧阵列排布后形成一几何图形，几何图形可以为正方形、长方形、圆形中的任一种。当然，在其他示例性实施例中，反射单元20还可以按照其他的几何图形进行周期性排列。
如图4所示，本示例性实施例中，金属层21、介质层22在隔离膜的正投影可以为正方形，且金属层21在隔离膜的正投影边长可设置为100～800nm(如100nm，150nm，200nm，250nm，300nm，350nm，400nm，450nm，500nm，550nm，600nm，650nm，700nm，750nm，800nm等)，介质层22在隔离膜的正投影边长可设置为100～800nm(如100nm，150nm，200nm，250nm，300nm，350nm，400nm，450nm，500nm，550nm，600nm，650nm，700nm，750nm，800nm等)，反射单元的排列周期可设置为400～800nm(如400nm，450nm，500nm，550nm，600nm，650nm，700nm，750nm，800nm等)。其中，可在确定反射单元的排列周期后，再通过构图工艺具体确定具体的金属层21和介质层22。示例性的，金属层21在隔离膜的正投影的边长、介质层22在隔离膜的正投影的边长均设置为150nm，反射单元的排列周期设置为600nm，光学结构对可见光的反射特性和透射特性如图6所示，图中的横坐标表示光的波长，纵坐标为反射单元对光的反射率，光学结构对可见光的正向透射曲线为71，光学结构对可见光的反向反射曲线为72，其中的正向为从金属层侧入射，反向为从介质层侧入射。从图6可以看出，光学结构对由介质层22侧入射的可见光呈高反射，且对由金属层21入射的可见光具有很好的透射率，该排列周期下光学结构对可见光的非对称传输具有较高的对比度。可以理解的是，金属层21以及介质层22形成的反射单元的排列周期不同时，反射单元对可见光会呈现不同的反射效果。下面结合具体示例进行具体说明。
在一可选示例中，反射单元的排列周期a＝550nm，光学结构对可见光的反射和透射特性图如图7所示，图中的横坐标表示光的波长，纵坐标为反射单元对光的反射率，光学结构对可见光的正向透射曲线为81，光学结构对可见光的反向反射曲线为82，其中的正向为从金属层侧入射，反向为从介质层侧入射。从图7可以看出，按照550nm进行周期性排列时，反射单元对可见光的正向透射谱中出现了额外的谐振峰，从而影响了光学结构整体的透射特性。
在另一可选示例中，反射单元的排列周期a＝650nm，光学结构对可见光的反射和透射特性如图8所示，图中的横坐标表示光的波长，纵坐标为反射单元对光的反射率，光学结构对可见光的正向透射曲线为91，光学结构对可见光的反向反射曲线为92，其中的正向为从金属层侧入射，反向为从介质层侧入射。从图8可以看出，按照650nm进行周期性排列时，形成的光学结构对反向入射的可见光的透射率明显增加，从而降低了光学结构的单向效果，即降低了光学结构对可见光的非对称传输的对比度。
结合上述分析，在本公开的一优选实施方式中，可将反射单元的排列周期设置为600nm，并将金属层在隔离膜的正投影边长、介质层在隔离膜的正投影边长均设置为150nm，以使得所形成的光学结构对可见光具有较佳的单向透射性。
下面结合附图对本公开隔离膜的结构作进一步说明。本示例性实施例中，可根据需要反射的目标波长范围来设定隔离膜的膜层结构，包括不同折射率的膜层数量及各膜层的厚度，并通过调节膜层结构反射不同波段范围的光。在一示例性实施例中，隔离膜可包括层叠设置的多个第一膜层、多个第二膜层和多个第三膜层，第一膜层的折射率、第二膜层的折射率、第三膜层的折射率互不相同。其中，选取具有不同折射率的三种膜层进行层叠形成的隔离膜，可实现窄带效果，即形成的隔离膜能够对较窄波段的光高反射。第一膜层、第二膜层、第三膜层采用三种不同的材料制成，三种不同的材料可以为SiN、TiO2、Al2O3、SiO2、Ta2O5中的任意三种。示例性的，第一膜层的材料可选用SiN，第二膜层的材料可选用TiO2，第三膜层的材料可选用Al2O3，第一膜层、第二膜层和第三膜层可按照表一结构进行层叠：
表一
| Layer | Material | thickness | Layer | Material | thickness |
| Layer1 | TiO2 | 40.4nm | Layer13 | TiO2 | 79.1nm |
| Layer2 | SiN | 44nm | Layer14 | SiN | 66.2nm |
| Layer3 | Al2O3 | 180.9nm | Layer15 | Al2O3 | 161.6nm |
| Layer4 | Al2O3 | 183.8nm | Layer16 | SiN | 126.7nm |
| Layer5 | Al2O3 | 79.1nm | Layer17 | Al2O3 | 35.5nm |
| Layer6 | TiO2 | 12.6nm | Layer18 | Al2O3 | 152.1nm |
| Layer7 | Al2O3 | 22.2nm | Layer19 | SiN | 25.3nm |
| Layer8 | TiO2 | 104.7nm | Layer20 | Al2O3 | 28.2nm |
| Layer9 | SiN | 17.6nm | Layer21 | TiO2 | 8.2nm |
| Layer10 | TiO2 | 19.3nm | Layer22 | SiN | 173.6nm |
| Layer11 | SiN | 121.8nm | Layer23 | Al2O3 | 2.5nm |
| Layer12 | TiO2 | 7.6nm | Layer24 | SiN | 12.6nm |
图9所示为按照表一结构层叠形成的隔离膜的反射效果图，图中，横坐标为波长，纵坐标为反射率，曲线101所示为光学结构在没有隔离膜的情况下对目标波长的反射情况，曲线102所示为光学结构在设置了表一所示结构的隔离膜后对目标波长的反射情况，从图9可以看出，在包含SiN、TiO2、Al2O3三种材料的膜层结构时，隔离膜所能够对1.1μm～1.3μm波长范围内的光呈高反射特性，实现窄带高反。
在另一示例性实施例中，隔离膜包括五层结构，即隔离膜包括层叠设置的多个第一膜层、多个第二膜层、多个第三膜层、多个第四膜层和多个第五膜层，且第一膜层的折射率、第二膜层的折射率、第三膜层的折射率、第四膜层的折射率、第五膜层的折射率互不相同。其中，通过对膜层结构进行优化，可拓展隔离膜能够反射的光的波长范围，使得隔离膜具备宽波带效果。本示例性实施例中，第一膜层、第二膜层、第三膜层、第四膜层、第五膜层采用的五种不同材料可以为SiN、TiO2、Al2O3、SiO2、Ta2O5。示例性的，五种膜层可按照表二结构进行层叠：
表二
| Layer | Material | thickness | Layer | Material | thickness |
| Layer1 | TiO2 | 34.4nm | Layer13 | Al2O3 | 27nm |
| Layer2 | SiN | 30.4nm | Layer14 | SiO2 | 163.4nm |
| Layer3 | SiO2 | 153.4nm | Layer15 | Al2O3 | 5.5nm |
| Layer4 | Al2O3 | 5.2nm | Layer16 | SiN | 22.5nm |
| Layer5 | SiN | 53.8nm | Layer17 | SiO2 | 17nm |
| Layer6 | TiO2 | 75.1nm | Layer18 | SiN | 27.5nm |
| Layer7 | SiN | 51.7nm | Layer19 | Ta2O5 | 359.1nm |
| Layer8 | SiO2 | 173.9nm | Layer20 | SiN | 12.6nm |
| Layer9 | Ta2O5 | 25.9nm | Layer21 | Ta2O5 | 190.3nm |
| Layer10 | Al2O3 | 19.4nm | Layer22 | SiN | 28.7nm |
| Layer11 | TiO2 | 88nm | Layer23 | Al2O3 | 75.3nm |
| Layer12 | SiN | 53.5nm | Layer24 | SiO2 | 34.4nm |
图10所示为按照表二结构层叠形成的隔离膜的反射效果图，图中，横坐标为波长，纵坐标为反射率，曲线201所示为光学结构在没有隔离膜的情况下对目标波长的反射情况，曲线202所示为光学结构在设置了表二所示结构的隔离膜后对目标波长的反射情况，从图10可以看出，在包含五种膜层时，隔离膜能够对1.1um～1.8um波长范围的光呈高反射特性，相比于上述三种膜层结构的隔离膜，显然，使用该五种膜层结构的隔离膜能够反射更宽波段的光，具有宽波带效果。
此外，应当注意的是，当组成隔离膜的膜层厚度改变时，隔离膜对入射光在预设波长的反射特性也会不同。示例性的，五种膜层可按照表三结构进行层叠：
表三
| Layer | Material | thickness | Layer | Material | thickness |
| Layer1 | TiO2 | 32.3nm | Layer13 | SiO2 | 182.1nm |
| Layer2 | Ta2O5 | 26nm | Layer14 | SiN | 46nm |
| Layer3 | SiO2 | 163.2nm | Layer15 | Al2O3 | 10.2nm |
| Layer4 | SiN | 56.8nm | Layer16 | TiO2 | 97.1nm |
| Layer5 | TiO2 | 70nm | Layer17 | Ta2O5 | 56.3nm |
| Layer6 | Al2O3 | 13.7nm | Layer18 | SiN | 47.7nm |
| Layer7 | SiN | 34.2nm | Layer19 | Ta2O5 | 9.1nm |
| Layer8 | SiO2 | 143.1nm | Layer20 | SiN | 18.3nm |
| Layer9 | Al2O3 | 30.9nm | Layer21 | Ta2O5 | 121.3nm |
| Layer10 | SiN | 42.2nm | Layer22 | Al2O3 | 21.3nm |
| Layer11 | TiO2 | 81nm | Layer23 | TiO2 | 9.3nm |
| Layer12 | Ta2O5 | 55.2nm | Layer24 | SiO2 | 85.4nm |
图11所示为五种膜层改变厚度后形成的隔离膜的反射效果图，图中，横坐标为波长，纵坐标为反射率，曲线301所示为光学结构在没有隔离膜的情况下对目标波长的反射情况，曲线302所示为光学结构在设置了表三所示结构的隔离膜后对目标波长的反射情况，从图11可以看出，对于同样材料的膜层，在改变各膜层的厚度时，隔离膜对短波长光的反射效果明显变差，这将严重影响隔离膜对预先确定的目标波长范围的光的反射效果。
本公开还提供一种光学结构制备方法，图12所示为该制备方法的流程图，该方法包括：
S110、提供支撑层；
S120、在支撑层的一侧形成隔离膜；
S130、在隔离膜背离支撑层的一侧形成周期性阵列分布的反射单元，反射单元包括金属层及形成于金属层一侧的介质层；
S140、使用柔性材料填充于相邻反射单元之间；
示例性的，具体可按照图13所示的工艺流程图制备得到光学结构，其中，步骤S110提供一支撑层，该支撑层可以为玻璃基板。
在步骤S120中，可通过电子束蒸镀工艺(EBE)在支撑层的一侧形成隔离膜。
步骤S130是要形成阵列分布的反射单元，包括：在隔离膜背离支撑层的一侧形成周期性阵列分布的介质层；在介质层背离隔离膜的一侧形成周期性阵列分布的金属层。可利用旋涂工艺在隔离膜背离支撑层的一侧形成第一结构层，以及利用旋涂工艺在第一结构层的背离隔离膜的一侧形成第二结构层，其中的第一结构层可选用材料甲基丙烯酸甲酯(MMA-EL8)，第二结构层可选用材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。利用构图工艺在第一结构层和第二结构层形成周期阵列分布的镂空图案，构图工艺可以包括曝光显示工艺(ExposureDeveloper)和/或纳米压印工艺(NIL)。镂空图案沿第一方向贯穿第一结构层和第二结构层，第一方向垂直于隔离膜所在平面。镂空图案可以为截面为梯形的凹槽。利用化学气相沉积工艺(CVD)在第一结构层和隔离膜围成的镂空图案区域内沉积介质层，再利用溅镀工艺(Sputter)在第二结构层与介质层围成的镂空图案区域内形成金属层。利用剥离工艺将第一结构层和第二结构层所在位置的结构去掉，只保留介质层和金属层，得到图案化的周期复合结构，即周期性阵列排布的反射单元。
在步骤S140中，对周期性排列的反射单元进行材料填充，形成一整体的光学结构。
应当注意的是，本示例性实施例中，在步骤S140之后，还可以剥离支撑层，即形成的光学结构不包括支撑层。当然，也可以不对支撑层进行剥离，即形成的光学结构包括支撑层。
在上述步骤S120中所形成的隔离膜包括多个子膜层，各子膜层的数量和厚度可通过如下方法进行确定：确定目标波长；基于目标波长和目标折射率范围选取子膜层材料；将子膜层材料以及对应材料的折射率作为预设模型的输入，由预设模型输出子膜层的数量和厚度。示例性的，研究发现，太阳光谱中产生热量的近红外光主要集中在波长范围1.1um～1.8um之间，本示例性实施例可将1.1um～1.8um作为目标波长，再根据该波长范围确定目标折射率范围，结合目标波长和目标折射率范围选取子膜层材料，在一可选实施方式中，子膜层材料包括SiN、TiO2、Al2O3、SiO2、Ta2O5五种材料，然后将所确定的子膜层材料和各子膜层材料的折射率输入预设模型，由该预设模型自动计算确定具体出各子膜层具体需要多少层，以及各层的厚度。其中的预设模型基于布拉格反射原理设计。显然，因为隔离膜能够反射1.1um～1.8um波长范围的近红外光，因而，所得到的光学结构能够降低光学结构包围空间内的温度，起到节能降温的作用。该光学结构可贴敷于汽车或者建筑物等玻璃外层，在该光学结构的作用下，一方面可实现反射1.1um～1.8um波长范围的近红外光，从而降低车内或建筑物内的温度，实现无源降温，另一方面可实现可见光的单向透射，即车外或建筑物外的人无法看清车内或建筑物内的情况，而车内或建筑物内则可以清晰地看清外部情况。应当注意的是，在将该光学结构贴敷于玻璃时，需要将金属层一侧朝向车内或建筑物内。光学结构可通过OCA胶贴敷于玻璃外层，如图14所示。
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中光学结构制备方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (15)
1.一种光学结构，其特征在于，包括：
隔离膜，具有透明结构，且用于反射预设波长范围的光；
多个反射单元，多个所述反射单元呈周期性阵列分布于所述隔离膜的一侧，所述反射单元包括设置于所述隔离膜一侧的介质层和设于所述介质层背离所述隔离膜一侧的金属层；
填充层，填充于所述反射单元之间，至少部分相邻所述金属层的间隙小于可见光波长。
2.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述介质层的折射率大于所述金属层的折射率。
3.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述反射单元包括第一结构层和第二结构层，所述第一结构层位于所述第二结构层远离所述隔离膜的一侧的任意位置，所述第一结构层在所述隔离膜的正投影与所述第二结构层在所述隔离膜的正投影重叠或位于所述第二结构层在所述隔离膜的正投影内。
4.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述金属层、所述介质层在所述隔离膜的正投影为正方形，所述金属层在所述隔离膜的正投影边长为100～800nm，所述介质层在所述隔离膜的正投影边长为100～800nm，所述反射单元的排列周期为400～800nm。
5.根据权利要求3所述的光学结构，其特征在于，多个所述反射单元在所述隔离膜的一侧阵列排布后形成一几何图形，所述几何图形为正方形、长方形、圆形中的任一种。
6.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述隔离膜包括层叠设置的多个第一膜层、多个第二膜层和多个第三膜层，所述第一膜层的折射率、所述第二膜层的折射率、所述第三膜层的折射率互不相同。
7.根据权利要求6所述的光学结构，其特征在于，所述第一膜层、所述第二膜层、所述第三膜层采用三种不同的材料制成，所述三种不同的材料为SiN、TiO2、Al2O3、SiO2、Ta2O5中的任意三种。
8.根据权利要求6所述的光学结构，其特征在于，所述隔离膜还包括层叠设置的多个第四膜层和多个第五膜层，且所述第一膜层的折射率、所述第二膜层的折射率、所述第三膜层的折射率、所述第四膜层的折射率、所述第五膜层的折射率互不相同。
9.根据权利要求8所述的光学结构，其特征在于，所述第一膜层、所述第二膜层、所述第三膜层、所述第四膜层、所述第五膜层采用五种不同的材料制成，所述五种不同的材料为SiN、TiO2、Al2O3、SiO2、Ta2O5。
10.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述隔离膜用于反射波长为1.1um～1.8um的近红外光。
11.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述金属层的材料为Al，Ag，Au中的至少一种；
所述介质层的材料为SiN、Si、TiO2、GaN中的至少一种。
12.一种光学结构制备方法，其特征在于，包括：
提供支撑层；
在所述支撑层的一侧形成隔离膜；
在所述隔离膜背离所述支撑层的一侧形成周期性阵列分布的反射单元，所述反射单元包括金属层及形成于所述金属层一侧的介质层；
使用柔性材料填充于相邻所述反射单元之间。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述在所述隔离膜背离所述支撑层的一侧形成周期性阵列分布的反射单元，包括：
在所述隔离膜背离所述支撑层的一侧形成周期性阵列分布的介质层；
在所述介质层背离所述隔离膜的一侧形成周期性阵列分布的形成金属层。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述隔离膜包括多个子膜层，所述子膜层的数量及厚度按照如下方法进行确定：
确定目标波长；
基于所述目标波长和目标折射率范围选取子膜层材料；
将所述子膜层材料以及对应材料的折射率作为预设模型的输入，由所述预设模型输出子膜层的数量和厚度。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述在所述隔离膜背离所述支撑层的一侧形成周期性阵列分布的反射单元，包括：
在所述隔离膜背离所述支撑层的一侧形成第一结构层，以及在所述第一结构层的背离所述隔离膜的一侧形成第二结构层；
利用构图工艺在所述第一结构层和所述第二结构层形成周期阵列分布的镂空图案，其中，所示镂空图案在第一方向贯穿所示第一结构层和所述第二结构层，所述第一方向垂直于所述隔离膜所在平面；
在所述隔离膜与所述第一结构层围成的镂空图案区域内沉积介质层，以及在所述介质层与所述第二结构层围成的镂空图案区域内沉积金属层；
利用剥离工艺将剩余所述第一头透明层和所述第二结构层剥离，得到阵列分布的反射单元。
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