CN115516371A - 固态倾斜(tip-tilt)相控阵列 - Google Patents

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Abstract

一种固态光束转向装置，包括：电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；在电光材料的主体的第一面上的第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片具有第一侧和第二侧；以及在电光材料的主体的第二面上的透明导体，其中，透明导体耦合到第一透明电阻片的第二侧。

Description

固态倾斜(TIP-TILT)相控阵列
相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求2020年5月20日提交的、标题为“Solid State Tip-TiltPhased Array(固态倾斜相控阵列)”的美国临时专利申请序列号63/027,844的权益，此处以引证的方式将该申请并入。
本申请还涉及并要求2020年5月20日提交的、标题为“Solid-stateElectrically-Variable Optical Wedge(固态电可变光楔)”的美国临时专利申请序列号63/027,841的权益，此处以引证的方式将该申请并入。
本申请还涉及并要求2020年5月20日提交的、标题为“Solid State ElectricallyVariable-Focal Length Lens(固态电焦距可变透镜)”的美国临时专利申请序列号63/027,838的权益，此处以引证的方式将该申请并入。
本申请还涉及并要求2020年5月20日提交的、标题为“Method to Grow IROptical Materials with Extremely Small Optical Loss(生长具有极小光损耗的IR光学材料的方法)”的美国临时专利申请序列号63/027,847的权益，此处以引证的方式将该申请并入。
本申请还涉及并要求2020年5月20日提交的、标题为“Method to Grow ThickCrystalline Optical Films on Si Substrates(在Si衬底上生长厚晶体光学膜的方法)”的美国临时专利申请序列号63/027,849的权益，此处以引证的方式将该申请并入。
本申请还涉及2019年3月7日提交的、标题为“Electrically ReconfigurableOptical Apparatus Using Electric Field(使用电场的电可重置光学装置)”的美国专利申请序列号16/296,049，此处以引证的方式将该申请并入。
本申请还涉及2020年10月21日提交的、标题为“Electric Field-Tunable IRDevices with Very Large Modulation of Refractive Index and Methods toFabricate Them(具有极大的折射率调制的电场可调IR装置及其制造方法)”的美国临时专利申请序列号63/094,756(公报20200124，L&P ref.632741-8)，此处以引证的方式将该申请并入。
关于联邦资金的声明
无
技术领域
本公开涉及光束转向(optical beam steering)。
背景技术
在现有技术中，光束转向是使用光学相控阵列(OPA)来执行的。这种OPA在“AMonolithically Integrated Large-Scale Optical Phased Array in Silicon-on-Insulator CMOS(绝缘体上硅CMOS单片集成大规模光学相控阵列)”,Chung,SungWon；Abediasl,Hooman；Hashemi,Hossein,IEEE Journal of Solid-State Circuits,第53卷，第1期，第275-296页，2018年1月中描述，此处以引证的方式将该文献并入。
光束转向也已经使用如Michael A.Helmbrecht和Thor Juneau,“Piston-tip-tilt positioning of a segmented MEMS deformable mirror(分段式MEMS可变形镜的活塞倾斜定位),”Proc.SPIE 6467,MEMS Adaptive Optics,64670M(2007年2月9日)描述的可变形镜来执行，此处以引证的方式将该文献并入。
Youmin Wang和Ming C.Wu*,“MICROMIRROR BASED OPTICAL PHASED ARRAY FORWIDE-ANGLE BEAMSTEERING(用于广角波束控制的基于微镜的光学相控阵列)”,MEMS 2017,Las Vegas,NV,USA,2017年1月22-26日描述了一种微机电系统(MEMS)，此处以引证的方式将该文献并入。MEMS镜提供合理的广角操作和有用(即使尺寸仍然过小)的孔径面积，但是它们是机械的并且对于许多应用不够快，并且受到脆弱问题的困扰，因为震动的冲击可能使反射镜移位。
称为里斯利(Risley)棱镜对的一对楔形棱镜也已经用于波束转向。使楔对中的一个楔相对于另一个旋转来改变入射波束的方向。当楔在相同方向上成角度时，折射波束的角度变大。当楔在相反方向上旋转到一定角度时，它们彼此抵消，并且允许波束直接通过。
电光移相器已经用于响应于所施加的电压而改变入射光线的相位。然而，效果相当小并且对于一些应用是不够的。这些现有技术的电光移相器使用电光(E/O)相移材料，诸如铌酸锂。
在现有技术中存在许多用于汽车激光雷达(LIDAR)的波束转向的其它方案。大多数方案使用机械波束转向。
需要一种改进的光束转向装置，其没有移动零件，并且坚固且比现有技术中的装置更简单。还需要广角视场和低光损耗。本公开的实施例符合这些和其他需求。
发明内容
在本文公开的第一实施例中，一种固态光束转向装置包括：电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；在电光材料的主体的第一面上的第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片具有第一侧和第二侧；以及在电光材料的主体的第二面上的透明导体，其中，透明导体耦合到第一透明电阻片的第二侧。
在本文公开的另一实施例中，一种固态光束转向装置包括：电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；在电光材料的主体的第一面上的第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片沿着第一面延伸；在电光材料的主体的第二面上的第二透明电阻片，其中，第二透明电阻片沿着第二面延伸；第一电压，该第一电压耦合在第一透明电阻片的第一端与第二端之间；以及第二电压，该第二电压耦合在第二透明电阻片的第一端与第二端之间，其中，第一透明电阻片的第一端和第二端彼此相对，其中，第二透明电阻片的第一端和第二端彼此相对，其中，第一电压在第一方向上偏置第一透明电阻片，并且其中，第二电压在第二方向上偏置第二透明电阻片。
在本文公开的又一实施例中，一种固态光束转向装置包括多个光束转向元件的阵列，其中，各个光束转向元件包括：电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；在电光材料的主体的第一面上的第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片沿着第一面延伸；以及在电光材料的主体的第二面上的第二透明电阻片，其中，第二透明电阻片沿着第二面延伸。
在本文公开的又一实施例中，一种提供光束转向的方法包括：提供电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；在电光材料的主体的第一面上提供第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片具有第一侧和第二侧；在电光材料的主体的第二面上提供透明导体，其中，透明导体耦合到第一透明电阻片的第二侧；以及在第一透明电阻片的第一侧与透明导体之间施加电压，以跨第一透明电阻片施加电压偏置。
在本文公开的又一实施例中，一种提供二维光束转向的方法包括：提供电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；在电光材料的主体的第一面上提供第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片沿着第一面延伸；在电光材料的主体的第二面上提供第二透明电阻片，其中，第二透明电阻片沿着第二面延伸；在第一透明电阻片的第一端与第二端之间施加第一电压；以及在第二透明电阻片的第一端与第二端之间施加第二电压，其中，第一透明电阻片的第一端和第二端彼此相对，其中，第二透明电阻片的第一端和第二端彼此相对，其中，第一电压在第一方向上偏置第一透明电阻片，其中，第二电压在第二方向上偏置第二透明电阻片，并且其中，第二方向与第一方向正交。
在本文公开的又一实施例中，一种提供光束转向的方法包括：提供多个光束转向元件的阵列，其中，提供各个光束转向元件包括：提供电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；在电光材料的主体的第一面上提供第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片沿着第一面延伸；在电光材料的主体的第二面上提供第二透明电阻片，其中，第二透明电阻片沿着第二面延伸；在第一透明电阻片的第一端与第二端之间施加第一电压；以及在第二透明电阻片的第一端与第二端之间施加第二电压，其中，第一透明电阻片的第一端和第二端彼此相对，其中，第二透明电阻片的第一端和第二端彼此相对，其中，第一电压在第一方向上偏置第一透明电阻片，其中，第二电压在第二方向上偏置第二透明电阻片，并且其中，第二方向与第一方向正交。
这些和其他特征以及优点将从下面的详细描述和附图变得更显而易见。在附图和说明书中，附图标记指示各种特征，同样的附图标记贯穿附图和说明书这两者指代同样的特征。
附图说明
图1示出了根据本公开的用于使用固态电可变光楔来转向光学平面波的实施例。
图2是根据本公开的用于使用固态电可变光楔来转向光学平面波的反射实施例的侧面立视图。
图3示出了根据本公开的用于使用固态电可变光楔来转向光学平面波的另一实施例。
图4示出了根据本公开的用于使用固态电可变光楔来转向光学平面波的又一实施例。
图5示出了根据本公开的固态电可变光楔对光波的操作的模拟的示例结果。
图6示出了根据本公开的作为氢掺杂密度的函数的材料的带隙(eV)和折射率的示例变化。
图7描绘了根据本公开的元件的二维阵列，其中，各个元件可以在相同方向
Figure BDA0003926593880000061
上引导其细波束(beamlet)，并且提供高达2π的相位滞后以将来自元件阵列的所有细波束相干成单个波束。
图8示出了图7所示的元件的二维阵列的单个元件的平面图，并且示出了根据本公开的元件的取向2A和2B。
图9、图10和图11更详细地示出了阵列的元件，并且示出了根据本公开的施加到各个元件的电压。
图12是根据本公开的元件阵列的一部分的侧面立视图，其中从下方入射的平面波变为被使得相干成一个波束的许多细波束。
具体实施方式
以下描述被提出为使得本领域普通技术人员能够进行并使用本发明，并且将本发明并入在特定应用的语境中。各种修改以及在不同应用中的各种用途将对本领域技术人员容易地清晰，并且这里所定义的一般原理可以应用于宽范围的实施例。由此，本发明不旨在限于所提出的实施例，而是符合与这里所公开的原理和新型特征一致的最宽范围。
在以下详细描述中，为了提供本发明的更彻底理解，阐述了大量具体细节。然而，将对本领域技术人员显而易见的是，本发明可以在不必限于这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，为了避免使本发明模糊，以框图形式而不是详细地示出公知结构和装置。
读者的注意力被引导到(i)与本说明书同时提交的所有文件和文献，文件和文献与本说明书一起对公众审查开放(此处以引证的方式将所有这种文件和文献的内容并入)和(ii)此处以引证的方式另外并入的(但不是在物理上与本说明书一起提交的)所有文件和文献。
在本说明书中公开的所有特征(包括任意所附权利要求、摘要以及附图)可由用于相同、等效或类似目的的另选特征来替换，除非另外明确陈述。由此，除非另外明确陈述，否则所公开的每个特征仅是通用的一系列等效或类似特征的一个示例。
此外，未明确陈述用于执行指定功能的“装置”或用于执行具体功能的“步骤”的权利要求中的任意元素不被解释为如在35U.S.C第112节第6段落中指定的“装置”或“步骤”条款。具体地，这里权利要求中“的步骤”或“的动作”的使用不旨在调用35U.S.C第112节第6段落中的规定。
本公开描述了图1所示的固态电可变光楔(SSEVOW)10，其由电光(E/O)材料14组成。电光材料14可以包括以镍酸钕(NdNiO3)为代表的掺杂氢的相变金属氧化物(H-PCMO)材料的种类中的任何材料。该材料是2020年5月20日提交的、标题为“Method to Grow IROptical Materials with Extremely Small Optical Loss(生长具有极小光损耗的IR光学材料的方法)”的美国临时专利申请序列号63/027,847以及2020年5月20日提交的、标题为“Method to Grow Thick Crystalline Optical Films on Si Substrates(在Si衬底上生长厚晶体光学膜的方法)”的美国临时专利申请序列号63/027,849的主题，此处以引证的方式将上述申请并入。除了NdNiO3之外，电光材料14还可以是SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、和GdNiO3。这些材料可以单独使用或组合使用，以形成在本文所述的实施例中使用的E/O材料14。E/O H-PCMO材料14在红外波长范围内基本上是透明的，并且可以具有极小的光损耗，例如，小于0.001的消光系数k。
当电场施加到E/O材料14时，E/O材料14改变其折射率。图6示出了SmNiO3的作为氢掺杂密度的函数的带隙(eV)和折射率的变化。折射率(RI)是复数，通常写为RI＝n+i*k。图6的左轴示出了带隙，单位为eV，RI(n)为折射率的实部，RI(k)为折射率的虚部。实部n指示相速度，而虚部k被称为消光系数。对于材料SmNiO3，图6示出了期望具有高达约10^21个氢离子/cm^3的氢掺杂密度以实现期望的折射率变化。
继续参考图1，电光(E/O)材料14可具有在E/O材料14的第一面19与第二面17之间的宽度42和深度44。当电场施加到E/O材料14时，E/O材料14改变其折射率。透明电极或导体18在E/O材料14的第一面19上，并且透明电阻片16在E/O材料14的第二面17上。透明电阻片16通过返回连接45连接到透明电极18，以完成用于电阻片的电路。
施加在透明电极或导体18与透明电阻片16之间的恒定直流电压22产生渐变电场40，该电场跨E/O材料的宽度w 42线性变化。在图1中，沿标称光轴50方向的输入光学平面波30被施加到E/O材料14的第一面19。图1中的示例输入光学平面波30被示出为在垂直于E/O材料14的宽度w 42的方向上。
渐变电场40具有跨E/O材料的宽度w 42变化的诱导折射率的线性梯度。折射率的横向梯度使输入光学平面波30的光线偏转由斯涅耳(Snell)定律(n sinθ＝常数)控制的角度，如由从标称光轴50转向角度θ46的转向光学平面波输出32所示。通过改变电压V 22，可以改变折射率以改变转向光学平面波输出32的角度θ46，由此提供电选择波束转向。
图1示出了固态电可变光楔(SSEVOW)，其对在透射模式下透射通过SSEVOW的光束进行转向。相反，固态电可变光楔(SSEVOW)可以被配置并用在反射实施例中，如图2所示，其示出了具有E/O材料14的固态电可变光楔(SSEVOW)90。图2中的固态电可变光楔(SSEVOW)90具有反射镜92，其将入射光波94反射回到E/O材料14中。因为光波穿过E/O材料14传播两次，所以可以用E/O材料14的一半厚度获得与例如图1的透射配置相同的转向效果。在E/O材料14内部实现特定电场水平所需的电压可以以由于自屏蔽而引起的有限视场和导致较慢时间响应的较高元件电容为代价而降低。
图1的配置可以执行一维(1-D)波束转向。图3示出了用于二维(2-D)波束转向的配置。通过与透明电阻片16相邻并且在其上或其下在材料14的第二面17上添加第二透明电阻片60来提供二维波束转向，该第二透明电阻片具有沿与第一透明电阻片16不同的方向偏置的电压23。电压23连接在第二透明电阻片60与透明电极或导体18之间。第二透明电阻片60的另一端或另一侧通过连接器45连接到透明电极18的另一端或另一侧，以完成第二透明电阻片60的电路。跨第二透明电阻片60的电压23的方向可以与跨第一透明电阻片16的电压22的方向正交。跨第一透明电阻片16的电压22和跨第二透明电阻片60的电压23的这种正交布置产生固态电可变光楔(SSEVOW)，其除了没有移动零件并且没有减慢响应时间的惯性之外，表现得像万向光束转向器或万向反射镜。
对于某些应用，还期望应用动态可变的相位延迟。图4示出了用于波束转向和应用相位延迟的实施例。V1 22和V2 20的值分别确定转向光学平面波输出32的转向输出角和相位延迟。
图4的配置表现得像具有非常宽的接受角的电光移相器。图4中的V1 22与V2 20之间的差设定了跨E/O材料14的宽度w 42的电梯度，并因此设定了折射率梯度。V2 20的值建立了总的偏移电场，并因此建立了导致输出光的可控相移的偏移折射率值。
固态电可变光楔(SSEVOW)10可以执行与现有技术光学相控阵列(OPA)相同的功能。虽然SSEVOW可能仅需要两根控制线，但是具有与SSEVOW相同面积的现有技术OPA可能需要N＝1975根控制线，其中，N由N＝4*面积/λ2给出。由此，本公开的SSEVOW与现有技术相比显著地更简单。
固态电可变光楔对光波的操作已经通过使用HFSS全波建模工具来模拟。图5示出了样本结果并且描绘了从上方入射在厚度40微米并且宽度100微米(在n＝2.2与n＝3.2之间)的模拟SSEVOW材料72上的高斯形状平面波70。输出波74是在所施加的折射率梯度的预期角度下的干净平面波。注意，为了模拟，被模拟材料的横向范围被延伸超过所述100微米，以便避免模拟代码中的与边缘有关的伪影。
如上所述，图6示出了特定材料SmNiO3的作为氢掺杂密度的函数的带隙(eV)和折射率的变化。
图7描绘了元件102的二维阵列100，其一起形成固态倾斜相控阵列(solid-statetip-tilt-phased array)。图8是单个元件102的平面图，并且与图7一起示出了元件的取向2A和2B。这些元件102也在图1至图4和图9至图13中例示。二维阵列100可以具有N×N个元件102，然而，固态倾斜相控阵列也可以由单个元件102形成。各个元件包括电光(E/O)材料14，如上所述，其可以是一类以镍酸钕(NdNiO3)为代表的氢掺杂相变金属氧化物(H-PCMO)材料。如上文进一步描述的，除了NdNiO3之外，还可以使用H-PCMO材料，包括SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、和GdNiO3。这些材料可以单独使用或组合使用，以形成在本文所述的实施例中使用的E/O材料14。E/O H-PCMO材料14在红外波长范围内基本上是透明的，并且可以具有极小的光损耗，例如，小于0.001的消光系数k。
图11是示出了如何施加控制电压V1 120、V2 124和V3 122的三维视图。控制电压V1120和V2 124跨透明电阻片16和156施加，这些片跨E/O材料14的相对侧布置。由V1 120和V2124产生的电压场被设置为彼此成直角，如图11中最佳示出的。图9和图10是彼此成直角的侧面立视图。参考图7，图9是元件102沿着切线2A-2A的剖视图，图10是元件102沿着切线2B-2B的剖视图。在图9和图11中，跨透明电阻片16施加控制电压V1 120，而在图10和图11中，沿与跨透明电阻片16施加的控制电压V1 120成直角的方向跨透明电阻片156施加控制电压V2124。控制电压V3 122在下面进一步讨论。图9和图10示出了分别控制电压V1 120、V3 122和V2 124的控制线150、152和154。
图11是示出了施加到电阻片16和156的电压的三维视图。电阻片16和156可以由任何合适的材料制成，诸如氧化钒、氧化锡、纳米线栅、石墨片或本领域已知的其它材料。可以选择以欧姆/平方为单位的片16和156的片电阻值，以获得良好的装置设计，注意，总电阻设置了维持设置电压所需的电流，并因此建立了元件102的总功耗。
各个片16和156的一侧可以具有布置在其一个边缘处的导电母线，而待施加的电压被施加到布置在其相对边缘处的导电母线。导电母线106可以是直接耦合到地170的导电母线106，而片16的导电母线104可以经由控制电压V3 122耦合到地。如果控制电压V3 122是零伏，那么导电母线104直接耦合到地。施加控制电压V3 122的拐角可被认为是公共接地拐角140，尤其是当控制电压V3 122具有零伏电压或未利用控制电压V3 122时，在这种情况下，图中示出的控制电压V3 122将被线连接替代。
考虑顶部电阻片16。将V1 120施加到其母线导致V1 120与导电母线104之间的线性电压梯度。同样，V2 124在V2 124与接地母线106之间的底部电阻片156中产生沿横向的类似平滑梯度。这两个电压一起将入射光束24转向成出射光26，如图9、图10和图12所示。只有当期望对通过E/O材料14的光施加全相位调节时，才在电阻片16和156之间的钉扎拐角处需要电压V3 122。如果只有用于固态倾斜相控阵列50的单个元件102，那么电压V3 122被短路替代，该短路在元件102的公共接地拐角140处将片16和156接地。所有电压都以晶片接地为基准，因此各个电压仅需要单个控制线。跨底部电阻片156的梯度是V2/w，其中，w是元件102的宽度。跨顶部电阻片16的梯度则为(V1-V3)/w，再次其中，w为元件102的宽度。
各个元件102沿相同的方向
Figure BDA0003926593880000111
引导出射的细波束26，并提供高达2π的相位滞后，以将所有的细波束26集合成单个波束。相对于图7中的x、y和z轴，在阵列100在x-y平面中的情况下，那么θ是z轴与细波束26到x-z平面上的投射之间的角度，并且
Figure BDA0003926593880000112
是z轴与细波束26到x-y平面上的投射之间的角度。
各个E/O材料14具有布置在主体102的第一面17处或上的透明电阻片16和布置在主体102的第二面19处或上的透明电极18。各个元件102具有到各个电压V1 120、V2 124和V3122的控制线，以将θ角度修改电压V1 120施加到透明电阻片16，将
Figure BDA0003926593880000113
角度修改电压V2 124施加到透明电阻片156，并且将相电压V3 122施加在片16和156之间。
前两个电压V1 120和V2 124优选地对于阵列100中的所有元件102是公共的。取决于期望的输出角，相电压V3 122优选地对于各个元件102是唯一的。如果阵列中的所有电压V1 120和V2 124都相同，则产生一个波束。这种单波束实施例可能是最有用的实施例。另一方面，如果相反，阵列100中的电压V1 120和V2 124的一半与另一半不同，那么可以产生两个波束。在该实施例中，各个波束具有比单波束实施例更高的发散度。显然，当期望许多波束实施例和不相似的波束实施例时，这可以推广到这样的实施例。
各个元件102可以分别与用于三个电压V1 120、V2 124和V3 122的三个控制线150、154和152接线，如图9、图10和图11所示。由V1 120和V2 124生成的电压梯度的取向优选地彼此成直角或者彼此正交并且与元件102的标称光轴110正交，如元件102的图10和图11所示。第三电压V3 122用于调节细波束的总相位，使得其相位在空间上与其相邻者对齐。该相位匹配过程被称为“波束形成”，因为其将来自阵列100的NxN个细波束26的阵列组合成表现为犹如其从整个光圈100发射的单个波束。通过调节电压V3 122直到图12中标记为Δφn 108的间隙变为零来获得相位匹配。间隙Δφn 108对应于元件到元件的相位失配。它根据输出角度而变化。为了“相干”波束，通过调节电压V3 122将该元件到元件的相位失配驱动到零。
图7示出了由小间隙160隔开的元件102。这些间隙160可以用于延伸分别用于施加到各个元件102的电压V1 120、V2 124和V3 122的控制线150、154和152。
图12以侧视图示出了图7所示的元件102的二维阵列100的一部分，其中从下方入射的平面波24变为偏转角度θn(其中，n是指从中心起的第n个环)130的许多细波束26，并且还指示了将细波束26相干成距离f处的单个点以便表现为具有焦距f的透镜而必须进行的相位调节Δφn 108。元件之间的相位滞后由相位滞后＝Δφn＝(8*π*s2/λ)*(n-l/2)/sqrt(f2+4n2s2)给出，但只需要在最接近的2π内应用相位差：施加的相位滞后＝取模(相位滞后，2π)(Applied Phase lag＝modulo(Phase Lag,2π))。这组相对相位滞后导致对会聚在距离f处的点上的球面波前的分段近似，即透镜的作用。各个角度θn和相位调节Δφn对于结构的各个环是唯一的，由透镜组件的期望焦距设置。
广义地，本申请公开了至少以下内容：一种固态光束转向装置，包括：电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；在电光材料的主体的第一面上的第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片具有第一侧和第二侧；以及在电光材料的主体的第二面上的透明导体，其中，透明导体耦合到第一透明电阻片的第二侧。
本文至少提出了以下实施方案：
所提出的第一实施方案是一种固态光束转向装置，包括：
电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；
在电光材料的主体的第一面上的第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片具有第一侧和第二侧；以及
在电光材料的主体的第二面上的透明导体，其中，透明导体耦合到第一透明电阻片的第二侧。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
第一电压源，该第一电压源耦合在第一透明电阻片的第一侧与透明导体之间，以跨第一透明电阻片施加电压偏置；
其中，第一电压源是可变的，以选择波束转向角。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
电光材料包括NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3，或NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3的任意组合。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，当沿着电光材料的第一面施加电压梯度时，折射率的梯度使以第一角度进入第二面的光转向，从而以第二角度从第一面离开，固态光束转向装置在透射模式下操作；或者
其中，固态光束转向装置还包括在电光材料的主体的第一面上的反射镜；
其中，当沿着电光材料的第一面施加电压梯度时，折射率的梯度使以第一角度进入第二面的光转向，以被反射镜反射并以第二角度从第二面离开，固态光束转向装置在反射模式下操作。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
第二透明电阻片，该第二透明电阻片在电光材料的第一面上，与第一透明电阻片相邻并且在其上或其下，第二透明电阻片具有第三侧和第四侧，其中，第四侧耦合到透明导体。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
第二电压源，该第二电压源耦合在第二透明电阻片的第三侧与透明导体之间，以跨第二透明电阻片施加电压偏置。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，第一电压源在第一方向上偏置第一透明电阻片；
其中，第二电压源在第二方向上偏置第二透明电阻片；并且
其中，第二方向正交于第一方向。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
第二可变电压，该第二可变电压耦合在第一透明电阻片与透明导体之间；
其中，第二可变电压是可变的，以施加可变的相位延迟。
另一实施方案涉及一种固态光束转向装置，包括：
电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；
在电光材料的主体的第一面上的第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片沿着第一面延伸；
在电光材料的主体的第二面上的第二透明电阻片，其中，第二透明电阻片沿着第二面延伸；
用于在第一方向上偏置第一透明电阻片的装置；以及
用于在第二方向上偏置第二透明电阻片的装置。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
用于在第一方向上偏置第一透明电阻片的装置包括耦合在第一透明电阻片的第一端与第二端之间的第一电压源；以及
用于在第二方向上偏置第二透明电阻片的装置包括耦合在第二透明电阻片的第一端与第二端之间的第二电压源；
其中，第一透明电阻片的第一端和第二端彼此相对；并且
其中，第二透明电阻片的第一端和第二端彼此相对。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，第二方向正交于第一方向。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，电光材料包括NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3，或NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3的任意组合。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，第一电压和第二电压是直流(DC)电压。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，第一透明电阻片的第二端和第二透明电阻片的第二端彼此电耦合；或者
其中，固态光束转向装置还包括第三电压源，该第三电压源耦合在第一透明电阻片的第二端与第二透明电阻片的第二端之间，用于调节光束相位。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，电光材料的主体具有直线构造或正方形构造。
又一实施方案涉及一种固态光束转向装置，包括：
多个光束转向元件的阵列；
其中，各个光束转向元件包括：
电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；
在电光材料的主体的第一面上的第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片沿着第一面延伸；以及
在电光材料的主体的第二面上的第二透明电阻片，其中，第二透明电阻片沿着第二面延伸。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，各个光束转向元件还包括：
第一电压源，该第一电压源耦合在第一透明电阻片的第一端与第二端之间；以及
第二电压源，该第二电压源耦合在第二透明电阻片的第一端与第二端之间；
其中，第一透明电阻片的第一端和第二端彼此相对；
其中，第二透明电阻片的第一端和第二端彼此相对；
其中，第一电压源在第一方向上偏置第一透明电阻片；
其中，第二电压源在第二方向上偏置第二透明电阻片；并且
其中，第二方向正交于第一方向。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，电光材料包括NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3，或NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3的任意组合。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，各个光束转向元件还包括：
第三电压源，该第三电压源耦合在第一透明电阻片的第二端与第二透明电阻片的第二端之间，用于调节光束相位。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，当通过改变第一电压源和第二电压源中的任一个或两个来引起各个光束转向元件的电光材料的主体的折射率的可变梯度时，各个光束转向元件使输入波束转向以形成在新的方向上的输出波束；或者
其中，当通过改变第一电压源和第二电压源中的任一个或两个来引起各个光束转向元件的电光材料的主体的折射率的可变梯度时，各个光束转向元件使输入波束转向以形成各自在新的方向上的多个输出波束。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，当通过改变第一电压源和第二电压源中的任一个或两个来引起各个光束转向元件的电光材料的主体的折射率的可变梯度时，各个光束转向元件使输入波束转向以形成在新的方向上的输出波束，并且通过以下方式来组合各个光束转向元件的光学细波束输出：调节各个相应的光束转向元件的第三电压源，以使各个光束转向元件的光学细波束输出相干以形成相干输出光束；或
其中，当通过改变第一电压源和第二电压源中的任一个或两个来引起各个光束转向元件的电光材料的主体的折射率的可变梯度时，各个光束转向元件使输入波束转向以形成各自在新的方向上的多个输出波束，并且通过以下方式来组合各个光束转向元件的光学细波束输出：调节各个相应的光束转向元件的第三电压源，以使各个光束转向元件的光学细波束输出相干以形成多个相干输出光束。
又一实施方案涉及一种提供光束转向的方法，包括：
提供电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；
在电光材料的主体的第一面上提供第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片具有第一侧和第二侧；
在电光材料的主体的第二面上提供透明导体，其中，透明导体耦合到第一透明电阻片的第二侧；以及
在第一透明电阻片的第一侧与透明导体之间施加电压，以跨第一透明电阻片施加电压偏置。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，电光材料包括NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3，或NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3的任意组合。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
在电光材料的主体的第一面上提供反射镜。
又一实施方案涉及一种提供二维光束转向的方法，包括：
提供电光材料的主体，其中，电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，主体具有第一面和与第一面相对的第二面；
在电光材料的主体的第一面上提供第一透明电阻片，其中，第一透明电阻片沿着第一面延伸；
在电光材料的主体的第二面上提供第二透明电阻片，其中，第二透明电阻片沿着第二面延伸；
在第一透明电阻片的第一端与第二端之间施加第一电压；以及
在第二透明电阻片的第一端与第二端之间施加第二电压；
其中，第一透明电阻片的第一端和第二端彼此相对；
其中，第二透明电阻片的第一端和第二端彼此相对；
其中，第一电压在第一方向上偏置第一透明电阻片；
其中，第二电压在第二方向上偏置第二透明电阻片；并且
其中，第二方向正交于第一方向。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，电光材料包括NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3，或NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3的任意组合。
根据前述或以下实施方案中任一个的另外实施方案在并非不相容的程度上涉及：
其中，第一透明电阻片的第二端和第二透明电阻片的第二端彼此电耦合；或者
还包括：在第一透明电阻片的第二端与第二透明电阻片的第二端之间施加第三电压，用于调节光束相位。
现在已经根据专利法规的要求描述了本发明，本领域技术人员将理解如何对本发明进行改变和修改以满足其特定要求或条件。这种改变和修改可以在不脱离如本文公开的本发明的范围和精神的情况下进行。
为了例示和公开，根据法律的要求，呈现了示例性和优选实施例的前述详细描述。不旨在穷尽也不将本发明限于所述的精确形式，而是仅使得本领域其他技术人员能够理解本发明如何适合于特定的用途或实施方案。修改例和变型例的可能性对于本领域技术人员将是明显的。示例性实施例的描述不旨在限制，这些实施例可以已包括公差、特征尺寸、特定操作条件、工程规范等，并且可以在实施方案之间变化或随着现有技术的变化而变化，并且不应从其暗示任何限制。申请人已经关于当前技术水平做出了本公开，但是还预期进展，并且未来的改编可以考虑这些进展，即根据当时的当前技术水平。如果适用，则预期本发明的范围由书面权利要求以及等同物来限定。对单数形式的权利要求元件的参照不旨在意指“一个且仅一个”，除非明确这样陈述。而且，不管本公开中的元件、部件、方法或工艺步骤是否在权利要求中明确列举，该元件、部件或步骤都不旨在专用于公众。
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Claims (27)

1.一种固态光束转向装置，包括：
电光材料的主体，其中，所述电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，所述主体具有第一面和与所述第一面相对的第二面；
在所述电光材料的主体的所述第一面上的第一透明电阻片，其中，所述第一透明电阻片具有第一侧和第二侧；以及
在所述电光材料的主体的所述第二面上的透明导体，其中，所述透明导体耦合到所述第一透明电阻片的所述第二侧。
2.根据权利要求1所述的固态光束转向装置，还包括：
第一电压源，该第一电压源耦合在所述第一透明电阻片的所述第一侧与所述透明导体之间，以跨所述第一透明电阻片施加电压偏置；
其中，所述第一电压源是可变的，以选择波束转向角。
3.根据权利要求1所述的固态光束转向装置，其中，
所述电光材料包括NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3，或NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3的任意组合。
4.根据权利要求1所述的固态光束转向装置，
其中，当沿着所述电光材料的所述第一面施加电压梯度时，折射率的梯度使以第一角度进入所述第二面的光转向，从而以第二角度从所述第一面离开，所述固态光束转向装置在透射模式下操作；或者
其中，所述固态光束转向装置还包括在所述电光材料的主体的所述第一面上的反射镜；
其中，当沿着所述电光材料的所述第一面施加电压梯度时，折射率的梯度使以第一角度进入所述第二面的光转向，以被所述反射镜反射并以第二角度从所述第二面离开，所述固态光束转向装置在反射模式下操作。
5.根据权利要求1所述的固态光束转向装置，还包括：
第二透明电阻片，该第二透明电阻片在所述电光材料的所述第一面上，与所述第一透明电阻片相邻并且在其上或其下，所述第二透明电阻片具有第三侧和第四侧，其中，所述第四侧耦合到所述透明导体。
6.根据权利要求5所述的固态光束转向装置，还包括：
第二电压源，该第二电压源耦合在所述第二透明电阻片的所述第三侧与所述透明导体之间，以跨所述第二透明电阻片施加电压偏置。
7.根据权利要求5所述的固态光束转向装置，
其中，所述第一电压源在第一方向上偏置所述第一透明电阻片；
其中，所述第二电压源在第二方向上偏置所述第二透明电阻片；并且
其中，所述第二方向正交于所述第一方向。
8.根据权利要求1所述的固态光束转向装置，还包括：
第二可变电压，该第二可变电压耦合在所述第一透明电阻片与所述透明导体之间；
其中，所述第二可变电压是可变的，以施加可变的相位延迟。
9.一种固态光束转向装置，包括：
电光材料的主体，其中，所述电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，所述主体具有第一面和与所述第一面相对的第二面；
在所述电光材料的主体的第一面上的第一透明电阻片，其中，所述第一透明电阻片沿着所述第一面延伸；
在所述电光材料的主体的第二面上的第二透明电阻片，其中，所述第二透明电阻片沿着所述第二面延伸；
用于在第一方向上偏置所述第一透明电阻片的装置；以及
用于在第二方向上偏置所述第二透明电阻片的装置。
10.根据权利要求9所述的固态光束转向装置，其中，
用于在第一方向上偏置所述第一透明电阻片的装置包括耦合在所述第一透明电阻片的第一端与第二端之间的第一电压源；以及
用于在第二方向上偏置所述第二透明电阻片的装置包括耦合在所述第二透明电阻片的第一端与第二端之间的第二电压源；
其中，所述第一透明电阻片的所述第一端和所述第二端彼此相对；并且
其中，所述第二透明电阻片的所述第一端和所述第二端彼此相对。
11.根据权利要求9所述的固态光束转向装置，其中，所述第二方向正交于所述第一方向。
12.根据权利要求9所述的固态光束转向装置，其中，所述电光材料包括NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3，或NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3的任意组合。
13.根据权利要求10所述的固态光束转向装置，其中，所述第一电压和所述第二电压是直流(DC)电压。
14.根据权利要求10所述的固态光束转向装置，
其中，所述第一透明电阻片的所述第二端和所述第二透明电阻片的所述第二端彼此电耦合；或者
其中，所述固态光束转向装置还包括第三电压源，该第三电压源耦合在所述第一透明电阻片的所述第二端与所述第二透明电阻片的所述第二端之间，用于调节光束相位。
15.根据权利要求9所述的固态光束转向装置，其中，所述电光材料的主体具有直线构造或正方形构造。
16.一种固态光束转向装置，包括：
多个光束转向元件的阵列；
其中，各个光束转向元件包括：
电光材料的主体，其中，所述电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，所述主体具有第一面和与所述第一面相对的第二面；
在所述电光材料的主体的第一面上的第一透明电阻片，其中，所述第一透明电阻片沿着所述第一面延伸；以及
在所述电光材料的主体的第二面上的第二透明电阻片，其中，所述第二透明电阻片沿着所述第二面延伸。
17.根据权利要求16所述的固态光束转向装置，其中，各个光束转向元件还包括：
第一电压源，该第一电压源耦合在所述第一透明电阻片的第一端与第二端之间；以及
第二电压源，该第二电压源耦合在所述第二透明电阻片的第一端与第二端之间；
其中，所述第一透明电阻片的所述第一端和所述第二端彼此相对；
其中，所述第二透明电阻片的所述第一端和所述第二端彼此相对；
其中，所述第一电压源在第一方向上偏置所述第一透明电阻片；
其中，所述第二电压源在第二方向上偏置所述第二透明电阻片；并且
其中，所述第二方向正交于所述第一方向。
18.根据权利要求16所述的固态光束转向装置，其中，所述电光材料包括NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3，或NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3的任意组合。
19.根据权利要求16所述的固态光束转向装置，其中，各个光束转向元件还包括：
第三电压源，该第三电压源耦合在所述第一透明电阻片的所述第二端与所述第二透明电阻片的所述第二端之间，用于调节光束相位。
20.根据权利要求16所述的固态光束转向装置，
其中，当通过改变所述第一电压源和所述第二电压源中的任一个或两个来引起各个光束转向元件的所述电光材料的主体的折射率的可变梯度时，各个光束转向元件使输入波束转向以形成在新的方向上的输出波束；或者
其中，当通过改变所述第一电压源和所述第二电压源中的任一个或两个来引起各个光束转向元件的所述电光材料的主体的折射率的可变梯度时，各个光束转向元件使输入波束转向以形成各自在新的方向上的多个输出波束。
21.根据权利要求19所述的固态光束转向装置，
其中，当通过改变所述第一电压源和所述第二电压源中的任一个或两个来引起各个光束转向元件的所述电光材料的主体的折射率的可变梯度时，各个光束转向元件使输入波束转向以形成在新的方向上的输出波束，并且通过以下方式来组合各个光束转向元件的光学细波束输出：调节各个相应的光束转向元件的所述第三电压源，以使各个光束转向元件的所述光学细波束输出相干以形成相干输出光束；或
其中，当通过改变所述第一电压源和所述第二电压源中的任一个或两个来引起各个光束转向元件的所述电光材料的主体的折射率的可变梯度时，各个光束转向元件使输入波束转向以形成各自在新的方向上的多个输出波束，并且通过以下方式来组合各个光束转向元件的光学细波束输出：调节各个相应的光束转向元件的所述第三电压源，以使各个光束转向元件的所述光学细波束输出相干以形成多个相干输出光束。
22.一种提供光束转向的方法，包括：
提供电光材料的主体，其中，所述电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，所述主体具有第一面和与所述第一面相对的第二面；
在所述电光材料的主体的所述第一面上提供第一透明电阻片，其中，所述第一透明电阻片具有第一侧和第二侧；
在所述电光材料的主体的所述第二面上提供透明导体，其中，所述透明导体耦合到所述第一透明电阻片的所述第二侧；以及
在所述第一透明电阻片的所述第一侧与所述透明导体之间施加电压，以跨所述第一透明电阻片施加电压偏置。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，
所述电光材料包括NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3，或NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3的任意组合。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括：
在所述电光材料的主体的所述第一面上提供反射镜。
25.一种提供二维光束转向的方法，包括：
提供电光材料的主体，其中，所述电光材料的主体包括掺杂氢的相变金属氧化物的种类中的任何材料，并且其中，所述主体具有第一面和与所述第一面相对的第二面；
在所述电光材料的主体的第一面上提供第一透明电阻片，其中，所述第一透明电阻片沿着所述第一面延伸；
在所述电光材料的主体的第二面上提供第二透明电阻片，其中，所述第二透明电阻片沿着所述第二面延伸；
在所述第一透明电阻片的第一端与第二端之间施加第一电压；以及
在所述第二透明电阻片的第一端与第二端之间施加第二电压；
其中，所述第一透明电阻片的所述第一端和所述第二端彼此相对；
其中，所述第二透明电阻片的所述第一端和所述第二端彼此相对；
其中，所述第一电压在第一方向上偏置所述第一透明电阻片；
其中，所述第二电压在第二方向上偏置所述第二透明电阻片；并且
其中，所述第二方向正交于所述第一方向。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述电光材料包括NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3，或NdNiO3、SmNiO3、PrNiO3、EuNiO3、GdNiO3的任意组合。
27.根据权利要求25所述的方法，
其中，所述第一透明电阻片的所述第二端和所述第二透明电阻片的所述第二端彼此电耦合；或者
还包括：在所述第一透明电阻片的所述第二端与所述第二透明电阻片的所述第二端之间施加第三电压，用于调节光束相位。
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