CN205787445U - 一种基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，其包括：由金属平面微纳线尖有序密集排布构成的一层图案化阴极和一层平面阳极，它们被分别制作在一层纳米厚度的透光基膜/电绝缘膜的上下表面；在加电态下，阴极上可自由移动的电子被阴阳电极间所激励的电场驱控，向金属平面微纳线尖簇其各纳线尖顶聚集，纳线尖金属电连接线上的自由电子分布密度因部分甚至绝大多数电子被纳线尖顶抽走而减少甚至急剧降低。本实用新型基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜可对较宽谱域内的入射波束的光透过率执行电控调变，具有偏振不敏感、驱控灵活以及调光响应快等特点。

Description

一种基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜

技术领域

本实用新型属于光学薄膜及光学精密测量与控制技术领域，更具体地，涉及一种基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜。

背景技术

发展高效控光薄膜技术，是近些年受到广泛关注和重视的一个前沿技术领域，主要涉及特殊微纳功能结构的设计、构建与特征膜层/系配置。通过对光波其波前、波谱、波矢、偏振和能流等参量进行有效调控，实现特定技术目标。迄今为止，在偏振性反射或透射调光薄膜，反射与透射光能输运调节薄膜，可调变的波谱分离薄膜，高光吸收率能量收集薄膜，可调控的空间匀化漫反射薄膜等方面的进展尤为瞩目。控光薄膜在功能上可大致分为以下类别：高反膜、增透膜、偏振膜、滤光膜、滤色膜、相位膜、均光膜及分光膜等，是生产和科研活动中涉及电磁辐射其发射、传输、接收、变换和处理等环节中的基础性或关键性功能组件。目前，在应用驱动下发展功能结构日趋复杂、技术指标逐步提高、成本逐渐走低的薄膜化控光手段，推动着光学薄膜技术的进一步发展。基于近些年微纳工艺水平的持续快速提升，通过构建具有特殊物性的微纳尺度功能结构，发展光学透过效能可调变的先进薄膜架构，已成为热点问题。目前的研发工作主要集中在以下方面：(一)基于封闭在薄膜中的特殊固态、液态或气态分子或其团簇的特征电致、磁致、声致、热致或光致物理化学效应的调光薄膜；(二)基于薄膜中的可移动电子、离子、振动偶极子或极化团簇对传输光场的可控电磁激励与响应的调光薄膜；(三)基于薄膜材料其铁电、铁磁或热致相变窗口效应的光透过率梯度改变等。总之，具有广泛应用前景的 电调透光率薄膜技术，以其控制方式简洁灵活，材料物性易于改变，光学稳定性和环境适应性好，可兼容常规电子学控制、膜材料和工艺技术等特点，成为最具发展潜力的一个技术方式。

进入新世纪以来，随着生产技术的逐步提升，对电调光薄膜技术提出了更高要求，主要反映在以下方面：具备在较大范围内快速执行调光操作，适用于较宽谱域，光学透过参数稳定性好，环境和波束适应能力强，响应灵敏和快捷。现有的电调透光率薄膜技术在满足上述要求方面显示出能力明显不足这一缺陷，归结起来主要有：(一)基于电致物理或化学变化的电调透光率薄膜，存在光学稳态间的过渡期长，响应仍显迟缓，物理或化学涨落影响光学参数的稳定性，以及光强调变范围不足等；(二)基于介电属性电调变的电调透光率薄膜，因大多数光学材料其介电参数存在有限的可变动范围，导致光强可变动区域相对狭窄，存在强光饱和以及较大的弱光阈值等问题；(三)基于材料热物性的电调透光率薄膜由于存在难以摆脱的热惯性，通常仅用于光学缓变态，存在较强的环境依赖性以及传输光波的热效应所导致的无规光学起伏；(四)基于相变效应的调光薄膜则主要起限光或约束通光谱域的窗口作用，其光强调变实际上意味着开关作用；(五)目前已获得广泛应用的基于构建特殊干涉或衍射光场的调光操作，均存在较强的波谱和偏振选择性与依赖性。总之，发展适用于快速、宽带、偏振不敏感、光强变动范围大、阈值在强弱两个方向上可被有效延伸、驱控灵活的调光薄膜架构，仍是目前进一步发展电调光薄膜技术的热点和难点问题，迫切需要新的突破。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，其可对宽谱入射波束的光透过率执行电控调变，具有偏振不敏感、驱控灵活、调光响应快的优点。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种基于金属 平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，包括一对保护膜、平面阳极、微纳线尖簇阴极、一对基膜以及电隔离膜，顶部保护膜和底部保护膜分别设置在电调透射光薄膜的顶部和底部；上部基膜和下部基膜分别设置在顶部保护膜的下方和底部保护膜的上方，并分别设置在平面阳极和微纳线尖簇阴极的光入射面和光出射面上；平面阳极设置在上部基膜的表面，并由透光的纳米厚度材料制成；微纳线尖簇阴极设置在下部基膜的表面，并由基于高密度排布的金属平面微纳线尖簇构成；电隔离膜填充在平面阳极和微纳线尖簇阴极间。

优选地，在电调透射光薄膜的平面阳极的光入射面的边缘处设置有第一电引线微焊区，用于接入一根金属电引线。

优选地，在平面阳极上还设置有一个阳极指示符，用于指出阳极端位置。

优选地，在微纳线尖簇阴极的光出射面上与第一电引线微焊区对应的边缘处，设置有第二电引线微焊区，用于接入另一根金属电引线。

优选地，微纳线尖簇阴极上的纳线尖簇被高密度均匀排布，纳线尖簇与平面阳极相向配置，其间距在纳米尺度。

优选地，构成金属平面微纳线尖簇的纳线尖簇为直线型，彼此平行设置，且所有纳线尖簇电连接。

优选地，构成金属平面微纳线尖簇的纳线尖簇为矩形，从内到外平行嵌套设置，且相邻的纳线尖簇彼此电连接。

优选地，构成金属平面微纳线尖簇的纳线尖簇为圆环形，从内到外呈环形嵌套设置，且相邻的纳线尖簇彼此电连接。

总体而言，通过本实用新型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、通过将微纳线尖簇阴极与平面阳极耦合并在其间设置有纳米厚度的透明光学材料，构成可电控光透过率的控光薄膜；

2、通过在薄膜上加载幅度、频率或占空比可调变的时序电压信号实现光透过率的电调制，具有控制灵活的优点；

3、通过在薄膜中构建电场用以驱控阴极中的自由电子形成特定空间排布对光透射行为进行调控，具有光学调控态较为稳定，杂光及热环境因素影响低的特点；

4、薄膜具有易与其它功能性光学、光电及电子学结构耦合的特点；

5、基于电子的受控场致凝聚与光激励振荡来影响光波的透射传输，呈现光的宽谱适应性、偏振不敏感性及调光响应快等特征。

附图说明

图1是本实用新型基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜主要呈现平面阳极端的结构示意图；

图2是本实用新型基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜主要呈现图案化阴极端的结构示意图；

图3是本实用新型基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜的剖面结构示意图；

图4是本实用新型基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜的电极形态及其配置示意图。

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-平面阳极，3-小线尖形指示符号，4-电调透光率薄膜，5-第二电引线微焊区，6-微纳线尖簇阴极，7-顶部保护膜，8-上部基膜，9-电隔离膜，10-底部保护膜，11-下部基膜。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型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是本实用新型实施例基于金属纳尖阵电极的电调透射光薄膜的剖面结构示意图。如图所示，该电调透射光薄膜包括一对保护膜7和10、平面阳极2、微纳线尖簇阴极6、一对基膜8和11以及电隔离膜9。

顶部保护膜7和底部保护膜10分别设置在电调透射光薄膜4的顶部和底部。

上部基膜8和下部基膜11分别设置在顶部保护膜7的下方和底部保护膜10的上方，并分别设置在平面阳极2和微纳线尖簇阴极6的光入射面和光出射面上。

平面阳极2设置在上部基膜8的表面，并由透光的纳米厚度材料(如典型的ITO材料)制成。

微纳线尖簇阴极6设置在下部基膜11的表面，并由基于高密度排布的金属平面微纳线尖簇构成。

电隔离膜9填充在平面阳极2和微纳线尖簇阴极6间，且具有纳米厚度，该电隔离膜9既起到使平面阳极2和微纳线尖簇阴极6间保持适当间隔，同时又起到电隔离平面阳极2和微纳线尖簇阴极6的作用。

图1是本实用新型基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜主要呈现平面阳极端的结构示意图，图2是本实用新型基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜主要呈现图案化阴极端的结构示意图。如图所示，在电调透射光薄膜4的平面阳极2的光入射面的边缘处设置有第一电引线微焊区1，用于接入一根金属电引线；同时平面阳极上2还设置有一个阳极指示符3，用于指出阳极端位置；在微纳线尖簇阴极6的光出射面上与第一电引线微焊区1对应的边缘处，同样设置有一个第二电引线微焊区5，用于接入另一根金属电引线。

在加电态下，微纳线尖簇阴极上可自由移动的电子被电极间所激励的电场驱控，向纳线尖顶聚集，纳线尖金属电连接线上的自由电子分布密度 因部分甚至绝大多数电子被抽走而减少甚至急剧降低，对应于有自由电子密集分布的线尖顶的光透过率则减小甚至急剧下降，纳线尖金属电连接线上的光透过率则将增大甚至显著增强。由于微纳线尖簇阴极的填充系数被控制在94％(经验参数)以上，不受控制的漏光强度极低。综合纳线尖簇结构及其周边区域的光透过率将获得薄膜以平均效果计的光透过率值。在微纳线尖表面所形成的电场E由垂直于线尖面并指向线尖的电场E_垂和平行于线尖面并指向线尖的电场E_面组合而成。

在断电态下，自由电子在纳线尖顶的分布密度略高于纳线尖金属电连接线上的分布密度，平面阳极上的自由电子分布密度则大致相同；通过调变加载在微纳线尖簇阴极和平面阳极间的时序电压信号幅值，相应于调变纳线尖顶以及纳线尖金属电连接线上的电子分布密度，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占空比或频率，控制对入射光波执行电调透过率操作的时长。

图4是本实用新型基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜的电极形态及其配置示意图。如图所示，微纳线尖簇阴极上的纳线尖簇被高密度均匀排布，纳线尖簇与平面阳极相向配置，其间距被精确限定在纳米尺度。

在图4中，构成金属平面微纳线尖簇的纳线尖簇可为直线型，且彼此平行设置，且所有纳线尖簇电连接。应该注意的是，出于显示的目的，图中并未示出所有的纳线尖簇，虚线用于表示其他纳线尖簇。

在图4中，构成金属平面微纳线尖簇的纳线尖簇也可为矩形，从内到外平行嵌套设置，且相邻的纳线尖簇彼此电连接。

在图4中，构成金属平面微纳线尖簇的纳线尖簇也可为圆环形，从内到外呈环形嵌套设置，且相邻的纳线尖簇彼此电连接。

下面结合图1至4说明本实用新型基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜的工作过程。首先将一根金属电引线压焊在第一电引线微焊区 上，将另一根金属电引线同样压焊在第二电引线微焊区上。将一路具有特定幅度、频率和占空比的时序电压信号(如典型的方波信号)通过两根金属电引线加载在电调透光率薄膜上，其中的正电端加载在阳极上，负电端加载在微纳线尖簇阴极上，此时电调透光率薄膜以特定光透过率引导入射光波穿过薄膜。通过调变所加载的时序电压信号幅度，调整所允许通过的光波能量；通过改变所加载的具有特定幅度的时序电压信号其占空比，调变调光操作的有效工作时长。由于调光操作是基于微纳线尖簇阴极上的电子分布形态实施，光波既可从图3所示的阴极端的保护膜上入射，从阳极端的保护膜上出射，也可以反向传播。

本实用新型基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，采用可调频、调幅及调变驱控信号占空比的时序电压信号，控制入射到基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜上的光波透过率，具有偏振不敏感、驱控灵活、调光响应快的优点。

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

Claims (8)

1.一种基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，包括一对保护膜、平面阳极、微纳线尖簇阴极、一对基膜以及电隔离膜，其特征在于，

顶部保护膜和底部保护膜分别设置在电调透射光薄膜的顶部和底部；

上部基膜和下部基膜分别设置在顶部保护膜的下方和底部保护膜的上方，并分别设置在平面阳极和微纳线尖簇阴极的光入射面和光出射面上；

平面阳极设置在上部基膜的表面，并由透光的纳米厚度材料制成；

微纳线尖簇阴极设置在下部基膜的表面，并由基于高密度排布的金属平面微纳线尖簇构成；

电隔离膜填充在平面阳极和微纳线尖簇阴极间。

2.根据权利要求1所述的基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，其特征在于，在电调透射光薄膜的平面阳极的光入射面的边缘处设置有第一电引线微焊区，用于接入一根金属电引线。

3.根据权利要求1所述的基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，其特征在于，在平面阳极上还设置有一个阳极指示符，用于指出阳极端位置。

4.根据权利要求1所述的基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，其特征在于，在微纳线尖簇阴极的光出射面上与第一电引线微焊区对应的边缘处，设置有第二电引线微焊区，用于接入另一根金属电引线。

5.根据权利要求1所述的基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，其特征在于，微纳线尖簇阴极上的纳线尖簇被高密度均匀排布，纳线尖簇与平面阳极相向配置，其间距在纳米尺度。

6.根据权利要求5所述的基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，其特征在于，构成金属平面微纳线尖簇的纳线尖簇为直线型，彼此平行设置，且所有纳线尖簇电连接。

7.根据权利要求5所述的基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，其特征在于，构成金属平面微纳线尖簇的纳线尖簇为矩形，从内到外平行嵌套设置，且相邻的纳线尖簇彼此电连接。

8.根据权利要求5所述的基于金属平面微纳线尖电极的电调透光率薄膜，其特征在于，构成金属平面微纳线尖簇的纳线尖簇为圆环形，从内到外呈环形嵌套设置，且相邻的纳线尖簇彼此电连接。