CN118342092A - 可重构材料的脉冲编程系统、脉冲编程方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可重构材料的脉冲编程系统、脉冲编程方法及电子设备，属于可重构材料脉冲编程技术领域，其中，该系统包括脉冲激光模块、伺服模块和自动化控制模块；脉冲激光模块用于向可重构材料发射激光A以使可重构材料发生第一级别的相变，还用于向可重构材料发射激光B以使可重构材料发生第二级别的相变；伺服模块用于获取可重构材料表面入射光斑的聚焦程度；自动化控制模块用于根据可重构材料加工版图和聚焦程度移动可重构材料的位置，还用于基于可重构材料加工版图调整激光A和激光B的占空比。该系统通过激光A和激光B互相配合，并监控聚焦程度，能够实现可重构材料不同点位不同级别的精细化相变。

Description

可重构材料的脉冲编程系统、脉冲编程方法及电子设备

技术领域

本申请属于可重构材料脉冲编程技术领域，具体涉及一种可重构材料的脉冲编程系统、脉冲编程方法及电子设备。

背景技术

可重构材料又称相变材料(Phase-Change Materials,PCMs)，是指在外界施加较高强度电磁场(光场、电场)的情况下，材料在外加高强度电磁场产生的高温作用下，材料的晶体状态或非晶体状态发生变化的材料。可重构材料处于晶体、非晶体、以及其他级别的中间状态时，因为原子或分子排布的特殊性，其光学折射系数呈现梯度变化，因而在实验上反映为可重构材料对光信号的透过率呈现梯度变化。与此同时，在外界施加的电磁场结束后，可重构材料发生晶体、非晶体状态或其他级别的中间状态的切换，在重新施加外界电磁场之前，可重构材料会保持最近一次切换后的状态，具有“非易失性”。可重构材料因为以上所述性质，在信号存储、信号调控等领域被广泛关注。

目前针对可重构材料的调控，通常采用电调方式，通过电极施加电脉冲激励引发相变材料改变，因此在器件设计的时候要充分考虑到波导、电极、相变材料三者的相互影响，同时还需要考虑到电极的聚热效应，引起足够的热量促使其发生相变，该方法需外置电极，操作复杂、成本较高，而且调控相变值较单一。

发明内容

本申请的目的是提供一种可重构材料的光学脉冲编程系统、脉冲编程方法及电子设备以解决可重构材料难以实现高精度和快速晶态编程的问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种可重构材料的脉冲编程系统，包括脉冲激光模块、伺服模块和自动化控制模块；

所述脉冲激光模块包括激光单元A和激光单元B，所述激光单元A用于向可重构材料发射激光A以使所述可重构材料发生第一级别的相变，所述激光单元B用于向所述可重构材料发射激光B以使所述可重构材料发生第二级别的相变；

所述伺服模块包括光斑聚焦探测模块，所述光斑聚焦探测模块用于获取所述可重构材料表面入射光斑的聚焦程度，并将所述聚焦程度传输给所述自动化控制模块；

所述自动化控制模块包括样品位移模块和激光脉冲控制模块，所述样品位移模块用于根据可重构材料加工版图和所述聚焦程度移动所述可重构材料的位置，以控制所述激光A和所述激光B在所述可重构材料表面的聚焦位置，所述激光脉冲控制模块用于基于所述可重构材料加工版图调整所述激光A和所述激光B的占空比。

在本申请的一些可选实施例中，还包括光束偏转模块；

所述激光A和所述激光B经过分光装置B反射后汇合为入射激光，所述入射激光经过所述光束偏转模块投射至所述可重构材料表面。

在本申请的一些可选实施例中，所述光束偏转模块包括振镜A、振镜B、分光装置A和物镜；

所述入射激光依次经过所述振镜A、所述振镜B、所述分光装置A和所述物镜投射至所述可重构材料表面；

所述自动化控制模块还用于调整所述振镜A和所述振镜B的角度以调整所述入射激光在所述可重构材料表面的聚焦位置。

在本申请的一些可选实施例中，所述光斑聚焦探测模块包括连续光激光器和依次连接的四象限探测器、柱形透镜、滤光片、分光装置C、四分之一玻片；

所述连续激光器输出的连续光经过所述分光装置A和所述物镜透射至所述可重构材料表面；

所述连续光经过所述可重构材料反射后依次经过所述物镜、所述分光装置A、所述四分之一玻片、所述分光装置C、所述滤光片和所述柱形透镜射入所述四象限探测器；

所述四象限探测器检测所述连续光的入射数值作为所述聚焦程度。

在本申请的一些可选实施例中，还包括成像模块和照明模块；

所述成像模块分光装置E、套筒透镜和成像装置；

所述照明模块包括照明光源、光束整形器C和反射镜；

所述照明光源发出的照明光依次经过所述光束整形器C、所述反射镜、所述分光装置E、所述分光装置A和所述物镜透射至所述可重构材料表面；

所述照明光经过所述可重构材料反射后依次经过所述物镜、所述分光装置A、所述分光装置E和所述分光装置E后由所述成像装置成像；

所述样品位移模块还用于基于所述成像的尺寸移动所述可重构材料。

在本申请的一些可选实施例中，所述伺服模块还包括分光装置D；

所述分光装置D位于所述连续光的光路上，所述分光装置D位于所述分光装置A和所述分光装置C之间；

所述分光装置D位于所述照明光的光路上，所述分光装置D位于所述分光装置A和所述分光装置E之间；

所述连续光和所述照明光的波长不同。

在本申请的一些可选实施例中，还包括激光辅助调整模块和激光辅助探测模块；

所述激光辅助调整模块包括偏振器A、电动旋转二分之一玻片、偏振器B；

所述激光辅助探测模块包括分束器、功率计和高速光电探测器；

所述入射激光依次经过所述偏振器A、所述电动旋转二分之一玻片、和所述偏振器B后进入所述分光装置A；

所述分光装置A将所述入射激光分成反射光束和透射光束；

所述反射光束经过所述物镜透射至所述可重构材料表面；

所述分束器将所述透射光束分为第一光束和第二光束；

所述第一光束进入所述功率计，所述第二光束进入所述高速光电探测器；

所述功率计用于检测所述第一光束的光强；

所述高速光电探测器用于检测所述第二光束的脉冲信息；

所述自动化控制模块还用于基于所述光强调整所述偏振器A和所述偏振器B的偏振方向并转动所述电动旋转二分之一玻片。

在本申请的一些可选实施例中，所述激光单元A包括脉冲发生器A、可调谐激光器A和光束整形器A；

所述激光单元B包括脉冲发生器B、可调谐激光器B和光束整形器B；

所述脉冲发生器A控制所述激光单元A生成所述激光A，所述激光A经过所述光束整形器A进入所述分光装置B；

所述脉冲发生器B控制所述激光单元B生成所述激光B，所述激光B经过所述光束整形器B进入所述分光装置B；

所述激光脉冲控制模块用于通过所述脉冲发生器A调整所述激光A的占空比；

所述激光脉冲控制模块用于通过所述脉冲发生器B调整所述激光B的占空比；

所述激光脉冲控制模块还用于基于所述脉冲信息校准所述脉冲发生器A和所述脉冲发生器B。

在本申请的一些可选实施例中，所述样品位移模块包括X轴电动位移台、Y轴电动位移台、和Z轴电动位移台；

所述Z轴电动位移台用于基于所述聚焦程度移动所述可重构材料以使所述可重构材料位于所述物镜的焦平面；

所述X轴电动位移台和Y轴电动位移台用于基于可重构材料加工版图移动所述可重构材料以使所述入射激光在所述可重构材料表面移动。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种可重构材料的脉冲编程方法，通过上述任一实施例所述的一种可重构材料的脉冲编程系统执行，包括：

获取所述可重构材料发生多级相变的条件；

获取所述可重构材料加工版图；

基于所述条件和所述可重构材料加工版设定激光A和激光B的占空比，并生成位移方案；

发射所述激光A和所述激光B并基于所述位移方案控制入射激光在所述可重构材料表面移动。

根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，该电子设备可以包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，处理器被配置为执行指令，以实现如第一方面的任一项实施例中所述的可重构材料的脉冲编程方法。

本申请的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本申请实施例提供一种可重构材料的脉冲编程系统，通过激光A和激光B互相配合，能够控制可重构材料进行多级相变，有助于提高相变的精度和速度；通过调整激光A、激光B的占空比并配合移动可重构材料，能够实现可重构材料不同点位不同级别的相变，提高晶态编程的精细化程度；通过监控聚焦程度能够避免可重构材料移动过程中由于聚焦程度变化产生相变误差，进一步提高了相变的精度。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例中一种可重构材料的脉冲编程系统的结构示意图；

图2是本申请另一示例性实施例中一种可重构材料的脉冲编程系统的结构示意图；

图3是本申请又一示例性实施例中一种可重构材料的脉冲编程系统的结构示意图；

图4是本申请一示例性实施例中一种可重构材料的脉冲编程系统的时钟图；

图5是本申请一示例性实施例中一种可重构材料的脉冲编程系统的编程流程图；

图6是本申请一示例性实施例中一种可重构材料的脉冲编程方法的流程图；

图7是本申请一示例性实施例中电子设备结构示意图；

图8是本申请一示例性实施例中电子设备的硬件结构示意图。

图3中，

脉冲激光模块，1；脉冲发生器A，101；可调谐激光器A，102；光束整形器A，103；脉冲发生器B，111；可调谐激光器B，112；光束整形器B，113；分光装置B，114；

照明模块，20；照明光源，201；光束整形器C，202；反射镜，203；

成像模块，21；分光装置E，211；套筒透镜，212；成像装置，213；

光斑聚焦探测模块22；连续光激光器，221；分光装置C，222；四分之一玻片，223；分光装置D，224；滤光片，225；柱形透镜，226；四象限探测器，227；

光束偏转模块，30；振镜A，301；振镜B，302；分光装置A，303；物镜，304；

样品位移模块，31；z轴电动位移平台，311；Y轴电动位移台，312；X轴电动位移台，313；

激光脉冲控制模块，32；控制器321；

激光辅助调整模块，4；偏振器A，401；电动旋转二分之一玻片，402；偏振器B，403；

激光辅助探测模块，5；分束器，501；功率计，502；高速光电探测器，513；

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。

在附图中示出了根据本申请实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

经过研究发现，当外界施加的电磁场是周期较短且强度较大时，可重构材料内部的原子或分子排布发生变化，由规则排列变为不规则排列，会发生从晶体到非晶体的转变；当外界施加的电磁场是周期较长且强度较小时，可重构材料内部的原子或分子排布发生变化，由不规则排列变为规则排列，会发生从非晶体到晶体的转变。可重构在两种状态之间的转变是可逆的。当精准控制外界施加的电磁场的周期和强度时，可重构材料内部的原子或分子会处于一系列介于晶体和非晶体之间的中间态，表现出与晶体和非晶体不完全相同的性质。

对于可重构材料的调控并不仅限于两个状态(bi-state)，也可以是准连续的(quasi-continuous)。在现有的有效介质理论中，利用Lorentz-Lorenz关系对中间态的可重构材料的光学常数进行如下建模：

其中∈_A(λ)和∈_C(λ)分别是非晶态可重构材料和晶态可重构材料在波长为λ时的介电常数。m是可重构材料的结晶分数,范围从0(0％结晶度(或非晶态可重构材料))到1(与100％结晶度(或晶态可重构材料))。

在椭偏法测量材料光学性质时，利用Tauc-Lorentz和Cody-Lorentz模型可以得到非晶态可重构材料和晶态可重构材料的光学常数，以及6种不同结晶分数的可重构材料光学常数。在相变状态“0”和“1”之间增加了4种不同状态的调控。通过拉曼光谱表征系统，比较不同状态下的拉曼特征峰的峰位、峰值、峰型可以精确表征不同相变分数下的中间态。

由于相变材料除了有晶态和非晶态，还有中间态，通过配合入射激光的功率和照射时间，可实现可重构材料的多级调控。在光电智能计算领域，亟需研究将数学上的神经网络映射到物理器件上的神经网络，通过在光域上进行神经网络计算数据处理的技术，既能够充分发挥光子高速传输、低功耗、高并行度的优势，又能够避免光电和电光转换带来的额外时间功耗开销，具有很大的研究和应用价值。在该领域内，可重构材料作为一种具有高折射率对比度(即晶态、非晶态、和中间态的折射率差异较大)和非易失特性的光学材料，可在光、电、热等激励作用下进行折射率的连续调节，为非易失光子神经网络计算提供了一种可行的解决方案，成为当前的研究热点。

本申请提供的一种可重构材料的脉冲编程系统、脉冲编程方法及电子设备用于针对可重构材料的晶态、非晶态、以及处于二者之间的中间态进行激光精准调控。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的一种可重构材料的脉冲编程系统、脉冲编程方法及电子设备进行详细地说明。

如图1所示，在本申请实施例的第一方面，实施例一提供了一种可重构材料的脉冲编程系统，可以包括脉冲激光模块1、伺服模块2和自动化控制模块3；

脉冲激光模块1包括激光单元A10和激光单元B11，激光单元A10用于向可重构材料发射激光A以使可重构材料发生第一级别的相变，激光单元B11用于向可重构材料发射激光B以使可重构材料发生第二级别的相变；

伺服模块2包括光斑聚焦探测模块22，光斑聚焦探测模块22用于获取可重构材料表面入射光斑的聚焦程度，并将聚焦程度传输给自动化控制模块3；

自动化控制模块3包括样品位移模块31和激光脉冲控制模块32，样品位移模块31用于根据可重构材料加工版图和聚焦程度移动可重构材料的位置，以控制激光A和激光B在可重构材料表面的聚焦位置，激光脉冲控制模块32用于基于可重构材料加工版图调整激光A和激光B的占空比。

本实施例中，激光单元A和激光单元B可采用所有可以调整激光占比空比的设备，包括但不限于可调激光器于脉冲发生器，可调脉宽激光器、高速斩波器、电动光开关等。移动可重构材料可采用所有可以使入射激光的光斑和可重构材料的相对位置，发生移动的组件，包括但不限于振镜、可重构材料位移台。伺服模块2可采用所有可自动检测可重构材料表面的设备，包括但不限于激光测距自动聚焦，四象限探测器227、压电可变形反射镜203和波前传感器。

本申请实施例提供的一种可重构材料的脉冲编程系统通过激光A和激光B互相配合，能够控制可重构材料进行多级相变，有助于提高相变的精度和速度；通过调整激光A、激光B的占空比并配合移动可重构材料，能够实现可重构材料不同点位不同级别的相变，提高晶态编程的精细化程度；通过监控聚焦程度能够避免可重构材料移动过程中由于聚焦程度变化产生相变误差，进一步提高了相变的精度。

如图2所示，实施例二提供了一种可重构材料的脉冲编程系统包括脉冲激光模块1、伺服模块2和自动化控制模块3；

脉冲激光模块1包括激光单元A10和激光单元B11，激光单元A10用于向可重构材料发射激光A以使可重构材料发生第一级别的相变，激光单元B11用于向可重构材料发射激光B以使可重构材料发生第二级别的相变；

伺服模块4052包括照明模块20、成像模块21、光斑聚焦探测模块22，伺服模块2用于获取可重构材料表面入射光斑的聚焦程度；获取可重构材料的样品位置和形貌，还用于获取可重构材料表面入射光斑的聚焦程度，并将样品的位置和形貌信息、可重构材料表面入射光斑的聚焦程度信息传输给自动化控制模块；

自动化控制模块6013包括光束偏转模块30、样品位移模块31、激光脉冲控制模块32，自动化控制模块3用于基于目标相变形貌调整激光A和激光B的占空比，自动化控制模块6013还用于基于目标相变形貌和聚焦程度移动可重构材料。用于根据可重构材料加工版图，控制扫描振镜的角度及调整脉冲激光光斑在可重构材料表面的聚焦位置，还用于基于相变材料的加工版图调整激光A和激光B的占空比，还可以用于移动可重构材料的位置。

如图3所示，实施例三提供了一种可重构材料的脉冲编程系统，包括脉冲激光模块1、伺服模块2和自动化控制模块3，脉冲激光模块1还包括分光装置A303、分光装置B114和物镜304；伺服模块2包括连续光激光器221、分光装置C222、分光装置D224和四象限探测器227；还包括成像模块4；成像模块4包括照明光源201分光装置E211、成像装置213、光束整形器C202、反射镜203和套筒透镜212；还包括辅助多级调控模块3；辅助多级调控模块3包括偏振器A401、电动旋转二分之一玻片402、偏振器B403、分束器501、功率计502和高速光电探测器513；激光单元A包括脉冲发生器A101、可调谐激光器A102和光束整形器A103；激光单元B包括脉冲发生器B111、可调谐激光器B112和光束整形器B113。还包括位移模块2；位移模块2包括X轴电动位移台313、Y轴电动位移台312、Z轴电动位移平台311、振镜A301和振镜B302。

本实施例中，分光装置A303、分光装置B114、分光装置C222、分光装置D224和分光装置E211可采用以实现将入射光一分为二的目的，包括但不限于各种比例、偏振、非偏振的分光棱镜、分光片、半反半透镜、二向色镜、沃拉斯顿棱镜等分光器。反射镜203可以采用各种金属膜、介质膜、有机物膜的反射器等。偏振器可采用以实现光功率密度的连续变化为目的得装置。

本实施例提供了一种能够实现可重构材料多级相变调控的可重构材料的脉冲编程系统，由脉冲激光模块1、多级调控模块、位移模块2、成像模块4、伺服模块2、自动化控制模块3六大模块组成。自动化控制模块3将脉冲激光模块1、多级调控模块、位移模块2、成像模块4、伺服模块2通过编程进行控制，通过每个模块的反馈调控其他模块。

本实施例中，脉冲激光模块1由两套可调谐激光器和脉冲发生器组成，通过脉冲发生器，可调节激光器输出光的脉冲宽度与占空比，两个脉冲发生器分别控制一台可调谐激光器，分别产生不同的脉冲信号，可实现相变材料的二级相变。该脉冲装置与振镜和可重构材料位移台连动，对整个待相变区域的高精度、大范围、多级相变调控。

位移模块2由两个振镜、放置可重构材料的X轴电动位移台313、y轴位移台、z轴电动位移台组成，其中两个振镜调节脉冲激光光源在可重构材料上小范围内移动，速度快、精度高。放置可重构材料的x轴和Y轴电动位移台312用来移动可重构材料，可以在大范围内移动可重构材料与脉冲激光光源的相对位置。

辅助多级调控模块3有两片偏振器，一个可电动旋转的二分之一玻片和一个功率计502组成，两个偏振器将入射的激光调成消光状态，在其中间加入可电动旋转的二分之一玻片，光经过三个镜片后一个50:50的分光装置，其中反射光进入可重构材料，透射光路进入功率计502，且透射光与反射光的光强相等，连续旋转二分之一玻片在透射光路上的功率计502就可以获得入射可重构材料的光强，实现入射可重构材料的光强多级调控。

成像模块4由照明光源201、光学准直系统、成像装置213和显微物镜304与套筒透镜212组成，用于实时观测可重构材料相变过程。同时显微物镜304与套筒透镜212将脉冲激光模块1的光源放大，在成像装置213上可以观测到光源光斑的尺寸，判断系统是否聚焦。

伺服模块2用于在脉冲激光光源的光斑与可重构材料发生相对位移时，检查光斑经物镜304的聚焦程度，保证在整个移动过程中，光斑的聚焦度一致，因为进行多级相变调控的光源是脉冲式的，很难实现实时伺服，因此在伺服模块2中外加一束连续激光，作为伺服模块2的实时检测光，该光经物镜304进入可重构材料反射后，经物镜304进柱状透镜聚焦进入四象限探测器227，实时检测光进入可重构材料和从可重构材料反射出来将先后经过两次四分之一玻片223，根据散光法，物镜304焦平面的变化会使得进入四象限探测器227的圆偏光的圆偏度发生变化，根据二四象限和一三象限的光强变化，可以确定可重构材料与物镜304焦平面的相对位移距离，该距离反馈到可重构材料台的z轴位移，进行实时调制，保证可重构材料始终在物镜304的焦平面，进而保证脉冲系统的光源在可重构材料上的光斑尺寸保持一致。

自动化控制模块3由Python或labview或matlab等可编程控制编码器，通过串口将器、振镜、可重构材料电动位移台、辅助多级调控模块3、四象限探测器227、z轴电动位移台、成像装置213连接起来控制起来，可实现对可重构材料的自动化多级相变调控。

具体地，上述元器件的位置关系如下：

脉冲发生器A101控制可调谐激光器A102，使得可调谐激光器A102输出一束脉冲激光A光，该光经过光束整形器A103，进入分光装置B114；脉冲发生器B111控制可调谐激光器B112，使得可调谐激光器B112输出一束脉冲激光B光，该光依次经过光束整形器B113，进入分光装置B114；激光A经分光装置B114的透射光，与激光B经分光装置B114的反射光，汇聚成一束光，共同依次经过振镜B302、振镜A301、偏振器A401、电动旋转二分之一玻片402、偏振器B403、50:50分光装置A303，该50:50分光装置A303将入射的脉冲光束分成反射光束和透射光束，其透射光束进入分光器501，分光器501将光分成两束，一束进入功率计502，另一束进入高速光电探测器513；而反射光束经过物镜304的聚焦入射到可重构材料上，可重构材料放置在由X轴电动位移台313、Y轴电动位移312、Z轴电动位移台311组成的可重构材料台上；脉冲发生器B111控制可调谐激光器B112，使得可调谐激光器B112输出第二束脉冲激光B光，该经过光束整形器A113、分光装置B114，经分光装置B114的反射，脉冲激光B光与脉冲激光A光汇合，两束光重合，之后的光路与脉冲激光A光的光路一致。

照明光源201发出的光束方向依次是光束整形器C202、反射镜203、分光装置E211、分光装置D224、50:50分光装置A303、物镜304透射进入可重构材料，该照明光束经可重构材料反射后，依次经物镜304、50:50分光装置A303、分光装置D224、分光装置E211，被分光装置E211反射后，经套筒透镜212，由的成像装置213成像；

连续光激光器221输出的连续光依次经分光装置C222反射，反射后的光束依次经四分之一玻片223、分光装置D224、50:50分光装置A303、物镜304透射进入可重构材料，该连续光光束经可重构材料反射后，依次经过经物镜304、50:50分光装置A303、分光装置D224，被分光装置D224反射后，经四分之一玻片223、分光装置C222透射、经滤光片225、柱形透镜226，进入四象限探测器227；

脉冲发生器A101、振镜A301、振镜B302、X轴位移器313、Y轴位移器312、电动旋转二分之一玻片402、功率计502、高速光电探测器513、四象限探测器227、z轴电动位移台311、成像装置213，通过通信电缆与计算机3相连；

脉冲激光模块由两套光源组成，可实现相变材料的多级相变调控；脉冲发生器A101，与可调谐激光器A102经射频信号线相连，可调控可调谐激光器A102的输出电流，使得输出的光为脉冲光，其脉冲宽度和脉冲间隔可由脉冲发生器A101任意调控；脉冲发生器B111，与可调谐激光器B112经射频信号线相连，可调控可调谐激光器B112的输出电流，使得输出的光为脉冲光，其脉冲宽度和脉冲间隔可由脉冲发生器B111任意调控；

偏振器A401、电动旋转二分之一玻片402、偏振器B403三者主光轴重合均为水平方向，并且与物镜304的主光轴垂直，则物镜304的主光轴垂直于可重构材料面；

位移模块中经振镜B302、振镜A301反射的脉冲光，沿平行于偏振器A401、电动旋转二分之一玻片402、偏振器B403三者主光轴的方向传输，该脉冲光经50:50分光装置A303反射后，沿平行于物镜304的主光轴的方向垂直照射在可重构材料上，振镜B302、振镜A301配合转动，其振动频率可达kHz，使得脉冲光在可重构材料上快速移动，但其移动范围需小于物镜304的入瞳孔径，因此振镜系统做小范围精密直写；

位移模块中X轴电动位移台313、Y轴电动位移台312可在入射脉冲光保持不动的情况下，移动可重构材料，使得脉冲光在可重构材料上移动，其移动范围小于X轴电动位移台313、Y轴电动位移台312的最大移动范围，因此电动位移台做大范围直写；

电动旋转二分之一玻片402位于偏振器A401、偏振器B403中间，偏振器A401、偏振器B403的偏振方向调至偏振消光的状态，转动电动旋转二分之一玻片402。可改变入射偏振器B403前的光的偏振，使得出射偏振器B403的光强发生变化，出射偏振器B403的光经过50:50分光装置A303，分成光强相同的两束光，反射光经物镜304进入可重构材料，透射光经分光器501，分成两束一束光进入功率计502，一束光进入高速光电探测器513，功率计502探测到的光强与入射可重构材料的光强成比例，即可实时监控直写激光的功率，高速光电探测器513可实时监控直写激光的脉冲信息；

连续光激光器221，要求出射光不影响可重构材料相变效果，出射光为线偏振平行光，且束腰大小以稍大于物镜304入瞳为宜；

滤光片225，透射连续光激光器221出射激光波长的光，吸收其他波长的光；柱状透镜226将可重构材料反射的光进行空间变换，使其光斑形状随着物镜304的聚焦情况变化而变化；

四象限探测器227探测到入射光斑的变化值，与Z轴电动位移台311的位移值成线性关系，Z轴电动位移台311根据连续光激光器221反馈的值移动，使得可重构材料始终在物镜304的焦平面。

照明光源201，要求出射光不影响可重构材料相变效果，且不同于连续光激光器221出射激光波长；

成像装置213为电荷耦合器件CCD成像装置或者互补是金属氧化物半导体(CMOS)成像装制；

套筒透镜212与物镜304配合，可将物镜304焦平面成像在成像装置213上；

自动化控制模块3，由可视化控制界面与后控制程序组成，在控制整个装置自动化运行的过程中，还可通过功率计502与高速光电探测器513监控关键参数。

与加热改变可重构材料晶态、非晶态以及中间态的方法相比，本实施例提供的一种可重构材料的脉冲编程系统对可重构材料制备的要求低，无需复杂的加热电极设计，且避免了加热电极之间互相的热影响。与已公开专利中的方案相比，本方案通过多个激光器同步控制的方法，实现多个强度和脉冲宽度的同步调制，使得投射到可重构材料表面的激光强度和作用时间灵活可调，加工多值相变的可重构材料具有稳定、高效、高精度的特点。

在可重构材料多级相变调控过程中，由于加工精度高(nm级)因此，对刻写过程中光斑质量一致性要求高。而通过脉冲幅度调控激光会导致光斑质量变化，导致刻写质量下降，因此采用光学方法进行光功率的调节，辅助多级相变调控，即通过偏振器A 401、电动旋转二分之一玻片402、偏振器B403为关键部件组成的多级相变调控系统，针对不同的精度可选择不同的偏振器，比如本实验中选用格兰泰勒棱镜作为偏振器，其出射光束的消光比可达100,000:1；入射光束经过偏振器A和偏振器B，通过调节两个偏振器可实现偏振消光的状态，即偏振器A和偏振器B的出射光束偏振垂直，在二者之间加入二分之一玻片，可改变偏振器A出射光束的偏振方向，使得该光束进入偏振器B，其偏振方向与偏振器B的偏振方向不再垂直，进行可以连续均匀调控出射光束的光强。

如图4、图5所示，实施例三提供了一种可重构材料的脉冲编程系统的点阵直写过程，直写形式为聚焦激光直写，相变状态为二级相变，即有晶态和半晶态两种相变，主要工作流程如图5所示。

首先，将可重构材料放置在可重构材料台上，在成像模块的帮助下，调整可重构材料的位置，使其位于物镜304的焦平面，打开可调谐激光器A102，使其聚焦在可重构材料上，通过成像装置213中观测到的光斑尺寸确定聚焦。

打开伺服模块，开启连续光激光器221，以该光束此时在四象限探测器227上的标准校正，此后在可重构材料与脉冲光发生相对位移的过程中，实时探测连续光激光器221光斑的变化值，反馈到Z轴电动位移台311的位移值，使的脉冲光在成像装置213中观测到的光斑尺寸始终不变。

在实验开始前，对不同的相变材料的多级相变进行参数库的建立。根据相变材料发生晶态相变需要的光强和光照时间，可确定脉冲发生器A101设定的电压和脉冲宽度，相变材料发生半晶态相变需要的光强和光照时间，可确定脉冲发生器B101设定的电压和脉冲宽度，根据直写点阵的间隔、振镜A301、振镜B302、X轴电动位移台、Y轴电动位移台移动的速度，可确定脉冲发生器A101和脉冲发生器B111设定的脉冲宽度；

在实验中，在自动化控制模块3中输出待直写的版图，系统可自动设置好上述参数，开始运行装置。直写完毕后，关闭激光器，将可重构材料保存，如需操作其他可重构材料，重复上述过程，否则，关机。

实验中，脉冲发生器A101和脉冲发生器B111的调制频率100MHz，可调的最小脉冲宽度为10ns；可调谐激光器A102和可调谐激光器B112采用出射波长为638nm的可调谐半导体激光器；物镜304选用NA＝0.7的物镜；振镜A301和振镜B302均采用最高扫描频率是1kHz，角分辨率为0.0008°的振镜；X轴电动位移台313、Y轴电动位移台、Z轴电动位移台均采用移动范围达100mm，精度50nm的高精度长程位移台。经实验验证，本发明有高精度、高速度、大范围、可编程、多级相变调控的特点。

如图6所示，在本申请实施例的第二方面，提供了一种可重构材料的脉冲编程方法，通过上述任一实施例提供的一种可重构材料的脉冲编程系统执行，包括：

步骤S101：获取可重构材料发生多级相变的条件；

步骤S102：获取可重构材料加工版图；

步骤S103：基于条件和可重构材料加工版设定激光A和激光B的占空比，并生成位移方案；

步骤S104：发射激光A和激光B并基于位移方案控制入射激光在可重构材料表面移动。

可选地，如图7所示，本申请实施例还提供一种电子设备1100，包括处理器1101，存储器1102，存储在存储器1102上并可在所述处理器1101上运行的程序或指令，该程序或指令被处理器1101执行时实现上述可重构材料的脉冲编程系统实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

需要说明的是，本申请实施例中的电子设备包括上述所述的移动电子设备和非移动电子设备。

图8为实现本申请实施例的一种电子设备的硬件结构示意图。

该电子设备1200包括但不限于：射频单元1201、网络模块1202、音频输出单元1203、输入单元1204、传感器1205、显示单元1206、用户输入单元1207、接口单元1208、存储器1209、以及处理器1210等部件。

本领域技术人员可以理解，电子设备1200还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池)，电源可以通过电源管理系统与处理器1210逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。图8中示出的电子设备结构并不构成对电子设备的限定，电子设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置，在此不再赘述。

应理解的是，本申请实施例中，输入单元1204可以包括图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)12041和麦克风12042，图形处理器12041对在视频捕获模式或图像捕获模式中由图像捕获装置(如摄像头)获得的静态图片或视频的图像数据进行处理。显示单元1206可包括显示面板12061，可以采用液晶显示器、有机发光二极管等形式来配置显示面板12061。用户输入单元1207包括触控面板12071以及其他输入设备12072。触控面板12071，也称为触摸屏。触控面板12071可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其他输入设备12072可以包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆，在此不再赘述。存储器1209可用于存储软件程序以及各种数据，包括但不限于应用程序和操作系统。处理器1210可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器1210中。

本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述可重构材料的脉冲编程系统实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

其中，所述处理器为上述实施例中所述的电子设备中的处理器。所述可读存储介质，包括计算机可读存储介质，如计算机只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等。

本申请实施例另提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现上述可重构材料的脉冲编程系统实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

应理解，本申请实施例提到的芯片还可以称为系统级芯片、系统芯片、芯片系统或片上系统芯片等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (11)

1.一种可重构材料的脉冲编程系统，其特征在于，包括脉冲激光模块(1)、伺服模块(2)和自动化控制模块(3)；

所述脉冲激光模块(1)包括激光单元A(10)和激光单元B(11)，所述激光单元A(10)用于向可重构材料发射激光A以使所述可重构材料发生第一级别的相变，所述激光单元B(11)用于向所述可重构材料发射激光B以使所述可重构材料发生第二级别的相变；

所述伺服模块(2)包括光斑聚焦探测模块(22)，所述光斑聚焦探测模块(22)用于获取所述可重构材料表面入射光斑的聚焦程度，并将所述聚焦程度传输给所述自动化控制模块(3)；

所述自动化控制模块(3)包括样品位移模块(31)和激光脉冲控制模块(32)，所述样品位移模块(31)用于根据可重构材料加工版图和所述聚焦程度移动所述可重构材料的位置，以控制所述激光A和所述激光B在所述可重构材料表面的聚焦位置，所述激光脉冲控制模块(32)用于基于所述可重构材料加工版图调整所述激光A和所述激光B的占空比。

2.根据权利要求1所述的一种可重构材料的脉冲编程系统，其特征在于，还包括光束偏转模块(30)；

所述激光A和所述激光B经过分光装置B(114)反射后汇合为入射激光，所述入射激光经过所述光束偏转模块(30)投射至所述可重构材料表面。

3.根据权利要求2所述的一种可重构材料的脉冲编程系统，其特征在于，所述光束偏转模块(30)包括振镜A(301)、振镜B(302)、分光装置A(303)和物镜(304)；

所述入射激光依次经过所述振镜A(301)、所述振镜B(302)、所述分光装置A(303)和所述物镜(304)投射至所述可重构材料表面；

所述自动化控制模块(3)还用于调整所述振镜A(301)和所述振镜B(302)的角度以调整所述入射激光在所述可重构材料表面的聚焦位置。

4.根据权利要求3所述的一种可重构材料的脉冲编程系统，其特征在于，所述光斑聚焦探测模块(22)包括连续光激光器(221)和依次连接的四象限探测器(227)、柱形透镜(226)、滤光片(225)、分光装置C(222)、四分之一玻片(223)；

所述连续激光器输出的连续光经过所述分光装置A(303)和所述物镜(304)透射至所述可重构材料表面；

所述连续光经过所述可重构材料反射后依次经过所述物镜(304)、所述分光装置A(303)、所述四分之一玻片(223)、所述分光装置C(222)、所述滤光片(225)和所述柱形透镜(226)射入所述四象限探测器(227)；

所述四象限探测器(227)检测所述连续光的入射数值作为所述聚焦程度。

5.根据权利要求4所述的一种可重构材料的脉冲编程系统，其特征在于，还包括成像模块(21)和照明模块(20)；

所述成像模块(21)分光装置E(211)、套筒透镜(212)和成像装置(213)；

所述照明模块(20)包括照明光源(201)、光束整形器C(202)和反射镜(203)；

所述照明光源(201)发出的照明光依次经过所述光束整形器C(202)、所述反射镜(203)、所述分光装置E(211)、所述分光装置A(303)和所述物镜(304)透射至所述可重构材料表面；

所述照明光经过所述可重构材料反射后依次经过所述物镜(304)、所述分光装置A(303)、所述分光装置E(211)和所述分光装置E(211)后由所述成像装置(213)成像；

所述样品位移模块(31)还用于基于所述成像的尺寸移动所述可重构材料。

6.根据权利要求5所述的一种可重构材料的脉冲编程系统，其特征在于，所述伺服模块(2)还包括分光装置D(224)；

所述分光装置D(224)位于所述连续光的光路上，所述分光装置D(224)位于所述分光装置A(303)和所述分光装置C(222)之间；

所述分光装置D(224)位于所述照明光的光路上，所述分光装置D(224)位于所述分光装置A(303)和所述分光装置E(211)之间；

所述连续光和所述照明光的波长不同。

7.根据权利要求3所述的一种可重构材料的脉冲编程系统，其特征在于，还包括激光辅助调整模块(4)和激光辅助探测模块(5)；

所述激光辅助调整模块(4)包括偏振器A(401)、电动旋转二分之一玻片(402)、偏振器B(403)；

所述激光辅助探测模块(5)包括分束器(501)、功率计(502)和高速光电探测器(513)；

所述入射激光依次经过所述偏振器A(401)、所述电动旋转二分之一玻片(402)、和所述偏振器B(403)后进入所述分光装置A(303)；

所述分光装置A(303)将所述入射激光分成反射光束和透射光束；

所述反射光束经过所述物镜(304)透射至所述可重构材料表面；

所述分束器(501)将所述透射光束分为第一光束和第二光束；

所述第一光束进入所述功率计(502)，所述第二光束进入所述高速光电探测器(513)；

所述功率计(502)用于检测所述第一光束的光强；

所述高速光电探测器(513)用于检测所述第二光束的脉冲信息；

所述自动化控制模块(3)还用于基于所述光强调整所述偏振器A(401)和所述偏振器B(403)的偏振方向并转动所述电动旋转二分之一玻片(402)。

8.根据权利要求7所述的一种可重构材料的脉冲编程系统，其特征在于，所述激光单元A包括脉冲发生器A(101)、可调谐激光器A(102)和光束整形器A(103)；

所述激光单元B包括脉冲发生器B(111)、可调谐激光器B(112)和光束整形器B(113)；

所述脉冲发生器A(101)控制所述激光单元A生成所述激光A，所述激光A经过所述光束整形器A(103)进入所述分光装置B(114)；

所述脉冲发生器B(111)控制所述激光单元B生成所述激光B，所述激光B经过所述光束整形器B(113)进入所述分光装置B(114)；

所述激光脉冲控制模块(32)用于通过所述脉冲发生器A(101)调整所述激光A的占空比；

所述激光脉冲控制模块(32)用于通过所述脉冲发生器B(111)调整所述激光B的占空比；

所述激光脉冲控制模块(32)还用于基于所述脉冲信息校准所述脉冲发生器A(101)和所述脉冲发生器B(111)。

9.根据权利要求3所述的一种可重构材料的脉冲编程系统，其特征在于，所述样品位移模块(31)包括X轴电动位移台(313)、Y轴电动位移台(312)、和Z轴电动位移台(311)；

所述Z轴电动位移台(311)用于基于所述聚焦程度移动所述可重构材料以使所述可重构材料位于所述物镜(304)的焦平面；

所述X轴电动位移台(313)和Y轴电动位移台(312)用于基于可重构材料加工版图移动所述可重构材料以使所述入射激光在所述可重构材料表面移动。

10.一种可重构材料的脉冲编程方法，其特征在于，通过权利要求1-9任一项所述的一种可重构材料的脉冲编程系统执行，包括：

获取所述可重构材料发生多级相变的条件；

获取所述可重构材料加工版图；

基于所述条件和所述可重构材料加工版设定激光A和激光B的占空比，并生成位移方案；

发射所述激光A和所述激光B并基于所述位移方案控制入射激光在所述可重构材料表面移动。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器，存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求10所述的一种可重构材料的脉冲编程方法。