一種電調(diào)光反射率薄膜的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電調(diào)光反射率薄膜。包括第一光學(xué)介質(zhì)層，依次設(shè)置在第一光學(xué)介質(zhì)層上表面的第一陽極、第二光學(xué)介質(zhì)層和第二陽極，以及設(shè)置在第一光學(xué)介質(zhì)層下表面的陰極，陰極為勻質(zhì)導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)，第一陽極和所述第二陽極均由其上布有M×N元陣列分布的納孔的導(dǎo)電膜構(gòu)成；通過調(diào)變加載在第一陽極和陰極間的第一時序電壓信號以及加載在第二陽極和陰極間的第二時序電壓信號，調(diào)變陰極上的陣列化電子的密度和分布形態(tài)，進(jìn)而調(diào)變電調(diào)光反射率薄膜的光反射率。本實用新型能對寬譜入射波束的光反射率執(zhí)行電控調(diào)變，具有動態(tài)范圍大、偏振不敏感、驅(qū)控靈活精細(xì)、調(diào)光響應(yīng)快、光反射態(tài)可電控切入與調(diào)換的特點。
【專利說明】
一種電調(diào)光反射率薄膜
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于光學(xué)精密測量與控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電調(diào)光反射率薄膜，通過層疊圖形化電極激勵微納電場控制陰極上的電子分布形態(tài)，調(diào)控光波反射率。
【背景技術(shù)】
[0002]光反射薄膜是一種重要的控光元件，用于實現(xiàn)光束在薄膜界面處的高能態(tài)反射，其反射效能受界面處介質(zhì)材料的連續(xù)及躍變介電屬性制約，表現(xiàn)為界面處及界面附近的膜材料介電基團(tuán)受電磁波場驅(qū)動所呈現(xiàn)的電振蕩性極化激勵與電磁再發(fā)射的疊加式空間定向與定域性響應(yīng)。反光效能除受制于薄膜面形及其與其它功能結(jié)構(gòu)的耦合形態(tài)外，還與組成膜材料的微納功能結(jié)構(gòu)特征及其空間排布形態(tài)所約束的折射率情形密切相關(guān)。迄今為止，光反射薄膜在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科學(xué)研究以及消費(fèi)等領(lǐng)域獲得了廣泛使用，目前正沿著進(jìn)一步改善和增強(qiáng)膜材料的表面及膜內(nèi)理化性能、特殊微納功能構(gòu)建以及特征電磁激勵響應(yīng)等方向前進(jìn)。已發(fā)展的主要薄膜類型包括:(一)基于膜界面及膜內(nèi)密集排布的特殊微納反光結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)波束在薄膜入射面上的高效反射；(二)基于構(gòu)造金屬化光學(xué)鏡面獲得光束的高反射率；(三)針對特定環(huán)境或結(jié)構(gòu)配置具有特定介電屬性的膜或膜系材料，實現(xiàn)基于膜內(nèi)外介質(zhì)折射率優(yōu)化耦合的高效光反射；(四)基于電磁波束在膜界面處的相位匹配，通過干涉或衍射作用實現(xiàn)反射率提高；(五)基于波束在介質(zhì)界面處的特殊偏振行為獲得高反射率出射波束；(六)通過材料的特征介電屬性層化分布，實現(xiàn)波束在薄膜入射面上的高效反射;(七)基于環(huán)境或目標(biāo)特征，實現(xiàn)薄膜介質(zhì)光反射效能的動態(tài)調(diào)節(jié)等。
[0003]目前，光反射率可調(diào)變薄膜技術(shù)在應(yīng)用驅(qū)動下，對其功能、性能指標(biāo)和成本等均提出了更高要求。迄今為止已建立的主要技術(shù)方式包括:(一)薄膜材料的介電屬性可通過電致、磁致、聲致、熱致或光致理化效應(yīng)實現(xiàn)一定程度的調(diào)變，如典型的光折變材料、電控液晶材料以及熱致折射率變化材料等；(二)通過復(fù)雜工藝基于固定反射率膜片的拼接耦合，構(gòu)造移動使用條件下的光反射率可調(diào)變膜架構(gòu)；(三)通過膜材料的折射率可調(diào)變屬性，基于波束的特征干涉、衍射或偏振作用，實現(xiàn)反射光束能量輸運(yùn)效能的可變動操控；(四)基于鐵電、鐵磁或熱相變實現(xiàn)開關(guān)或二值式的光反射率翻轉(zhuǎn)變更等。如上所述的可調(diào)光反射率薄膜技術(shù)，在滿足未來可預(yù)見的應(yīng)具有較大動態(tài)范圍的可調(diào)光反射薄膜技術(shù)方面，將顯示能力不足這一缺陷。關(guān)鍵性的問題有:(一)現(xiàn)有膜材料其自身的可調(diào)變理化屬性僅意味著極為有限的反射率可變動范圍，并存在明顯的強(qiáng)光飽和以及較高的弱光閾值；(二)調(diào)變操作下的光學(xué)穩(wěn)態(tài)間的過渡時間較長且響應(yīng)相對遲緩；(三)價格相對高昂的漸變光反射率薄膜須在移動條件下使用，光強(qiáng)呈有限的離散變動形態(tài)且需配置輔助精密機(jī)械裝置，從而帶來成本和工作負(fù)擔(dān)重等問題；(四)基于可調(diào)變的光學(xué)干涉、衍射或偏振效應(yīng)的控光薄膜，存在強(qiáng)的波譜或偏振依賴性且反射光強(qiáng)的可變動區(qū)域相對狹窄；(五)呈現(xiàn)熱致光反射強(qiáng)度變化效應(yīng)的膜材料因熱慣性，一般適用于光學(xué)緩變情形，同時還存在環(huán)境依賴性、單向熱動性以及熱漲落等問題；(五)基于二值窗口效應(yīng)的膜架構(gòu)僅涉及反射光束的通斷切換等?？傊l(fā)展適用于快速、寬帶、偏振不敏感、驅(qū)控靈活、反射光強(qiáng)的可調(diào)變范圍大，可執(zhí)行光強(qiáng)的連續(xù)調(diào)變、躍變、任意態(tài)切入或調(diào)換等的膜架構(gòu)，仍是目前進(jìn)一步發(fā)展反射式控光薄膜技術(shù)的熱點和難點問題，迫切需要新的突破。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實用新型提供了一種電調(diào)光反射率薄膜，能對寬譜入射波束的光反射率執(zhí)行電控調(diào)變，具有動態(tài)范圍大、偏振不敏感、驅(qū)控靈活精細(xì)、調(diào)光響應(yīng)快、光反射態(tài)可電控切入與調(diào)換的特點。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種電調(diào)光反射率薄膜，其特征在于，包括第一光學(xué)介質(zhì)層，依次設(shè)置在所述第一光學(xué)介質(zhì)層上表面的第一陽極、第二光學(xué)介質(zhì)層和第二陽極，以及設(shè)置在所述第一光學(xué)介質(zhì)層下表面的陰極，所述陰極為勻質(zhì)導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)，所述第一陽極和所述第二陽極均由其上布有MXN元陣列分布的納孔的導(dǎo)電膜構(gòu)成;通過調(diào)變加載在所述第一陽極和所述陰極間的第一時序電壓信號以及加載在所述第二陽極和所述陰極間的第二時序電壓信號，調(diào)變所述陰極上的陣列化電子的密度和分布形態(tài)，進(jìn)而調(diào)變所述電調(diào)光反射率薄膜的光反射率。
[0006]優(yōu)選地，通過調(diào)變所述第一時序電壓信號和所述第二時序電壓信號的頻率或占空比，調(diào)節(jié)所述電調(diào)光反射率薄膜的有效控光工作時長。
[0007]優(yōu)選地，所述陰極上的陣列化電子的密度越大，對應(yīng)位置的光發(fā)射率越大。
[0008]優(yōu)選地，在斷電態(tài)下，所述陰極上的電子的分布密度相同，所述電調(diào)光反射率薄膜呈現(xiàn)本征的高光反射率。
[0009]優(yōu)選地，定義納孔面積占第一陽極總通光面積的比率為第一納孔填充系數(shù)，定義納孔面積占第二陽極總通光面積的比率為第二納孔填充系數(shù)，所述第一納孔填充系數(shù)和所述第二納孔填充系數(shù)均在84%以上，且所述第二納孔填充系數(shù)大于所述第一納孔填充系數(shù)。
[0010]優(yōu)選地，所述納孔為納方孔、納圓孔或納十字孔。
[0011]優(yōu)選地，所述第二陽極遠(yuǎn)離所述第二光學(xué)介質(zhì)層的一面還設(shè)有第一保護(hù)膜，所述陰極遠(yuǎn)離所述第一光學(xué)介質(zhì)層的一面還設(shè)有第二保護(hù)膜。
[0012]優(yōu)選地，上述電調(diào)光反射率薄膜還包括陽極電引線微焊區(qū)和陰極電引線微焊區(qū)，所述陽極電引線微焊區(qū)設(shè)置在所述電調(diào)光反射率薄膜的靠近所述第二陽極的一側(cè)，用于接入所述第一陽極和所述第二陽極的金屬電引線，所述陰極電引線微焊區(qū)設(shè)置在所述電調(diào)光反射率薄膜的靠近所述陰極的一側(cè)，用于接入所述陰極的金屬電引線。
[0013]總體而言，通過本實用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0014]1、通過分別將兩種孔徑的納孔密集排布所構(gòu)成的雙層圖案電極與一層金屬納膜電極實現(xiàn)納間距耦合，構(gòu)成可電調(diào)光反射率的控光薄膜架構(gòu)；
[0015]2、通過在薄膜上加載可靈活調(diào)變頻率、幅度和占空比的雙路時序電壓信號，實現(xiàn)反射光波能態(tài)的電調(diào)控，具有驅(qū)控靈活精細(xì)、調(diào)光響應(yīng)快、光反射態(tài)可電控切入與調(diào)換的特占.V ，
[0016]3、通過在陰陽極間形成可調(diào)控銳化程度的陣列化微電場，調(diào)控金屬陰極上的陣列化電子分布密度，呈現(xiàn)快速、穩(wěn)定及環(huán)境影響低的控光特點；
[0017]4、具有易與其它功能性光學(xué)、光電及電子學(xué)結(jié)構(gòu)耦合的特點；
[0018]5、通過控制陰極電子的陣列化分布密度來調(diào)控反射光波的能量輸運(yùn)效能，適用于寬譜、任意偏振態(tài)以及寬能態(tài)光波的特點。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型實施例的電調(diào)光反射率薄膜主要呈現(xiàn)陽極一端的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本實用新型實施例的電調(diào)光反射率薄膜主要呈現(xiàn)陰極一端的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本實用新型實施例的電調(diào)光反射率薄膜的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本實用新型實施例的電調(diào)光反射率薄膜的電極結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是幾種典型的陽極結(jié)構(gòu)。
[0024]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:1_第一電引線微焊區(qū)，2-第二電引線微焊區(qū)，3-陽極端面，4-矩形指示符，5-電調(diào)光反射率薄膜，6-第三電弓丨線微焊區(qū)，7-陰極端面。
【具體實施方式】
[0025]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026]圖1是本實用新型實施例的電調(diào)光反射率薄膜主要呈現(xiàn)陽極一端的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本實用新型實施例的電調(diào)光反射率薄膜主要呈現(xiàn)陰極一端的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，電調(diào)光反射率薄膜中的陽極端面3上設(shè)有第一電引線微焊區(qū)I和第二電引線微焊區(qū)2，分別用于接入與電調(diào)光反射率薄膜的第一陽極和第二陽極連接的金屬電引線，陽極端面3上還設(shè)有矩形指示符4，用于指示矩形指示符4所在的面為陽極加電面;在陰極端面7上與第一電引線微焊區(qū)I或第二電引線微焊區(qū)2對應(yīng)的位置，設(shè)有第三電引線微焊區(qū)6，用于接入與電調(diào)光反射率薄膜的陰極連接的金屬電引線。
[0027]圖3是本實用新型實施例的電調(diào)光反射率薄膜的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，電調(diào)光反射率薄膜包括第一光學(xué)介質(zhì)層，依次設(shè)置在第一光學(xué)介質(zhì)層上表面的第一陽極、第二光學(xué)介質(zhì)層、第二陽極和第一保護(hù)膜，以及依次設(shè)置在第一光學(xué)介質(zhì)層下表面的陰極和第二保護(hù)膜。其中，第一保護(hù)膜和第二保護(hù)膜同時起電絕緣作用，第一光學(xué)介質(zhì)層和第二光學(xué)介質(zhì)層為電絕緣材料，第一陽極和第二陽極為圖形化的石墨烯膜，陰極為納米級厚度的金屬膜。更具體地，電調(diào)光反射率薄膜主要包括以下四個功能模塊:(一)由兩層石墨烯材料制成的圖形化層疊式陽極；(二)由納米級厚度金屬材料制成的平面陰極；(三)填充在圖形化石墨烯電極間以及圖形化石墨烯電極與金屬納膜電極間的納米級厚度的透明光學(xué)介質(zhì)材料，光學(xué)介質(zhì)材料的厚度精確限定了雙層圖形化石墨烯電極間距以及圖形化石墨烯電極與金屬納膜電極間距；(四)在頂層圖形化石墨烯電極與金屬納膜電極的外表面上分別制作的保護(hù)膜/電絕緣膜。
[0028]在加電態(tài)下，雙路時序電壓信號VjPV2被分別加載在第一陽極與陰極以及第二陽極與陰極上，在陰陽極間激勵出具有微米結(jié)構(gòu)尺度且電場強(qiáng)度與場銳化程度可調(diào)變的陣列化微電場，VdPV2K可以是正性電壓信號，也可以是負(fù)性電壓信號，或者在相互匹配條件下均包含正或負(fù)的成分，見圖3所示的從第一陽極到達(dá)陰極表面的微發(fā)散銳化電gEi，以及從第二陽極穿透第一陽極到達(dá)陰極表面的微發(fā)散銳化電場Es。分布在陰極表面的局域電場E，由EjPE2疊加構(gòu)成，滿足E = EdE2關(guān)系；陰極上可自由移動的電子被陰極表面所激勵的陣列化微電場驅(qū)動，向各微電場中電場強(qiáng)度最大部位聚集，陰極上有稠密電子分布的部位其光反射將顯著增強(qiáng)，缺少電子部位的光反射則將明顯減弱。
[0029]圖4是本實用新型實施例的電調(diào)光反射率薄膜的電極結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，第一陽極和第二陽極均由其上布有MXN元陣列分布的納孔的石墨烯膜構(gòu)成(M、N均為大于I的整數(shù))。定義納孔面積占第一陽極總通光面積的比率為第一納孔填充系數(shù)，定義納孔面積占第二陽極總通光面積的比率為第二納孔填充系數(shù)，第一納孔填充系數(shù)和第二納孔填充系數(shù)均在84%以上，且第二納孔填充系數(shù)大于第一納孔填充系數(shù)，能在陰極表面形成接近100%的電場覆蓋區(qū)，從而將不受控制的陰極漏光減到最小程度。其中，納孔是指納米級尺度的孔結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為規(guī)則形狀，圖5給出了幾種典型的納孔結(jié)構(gòu)，如納方孔、納圓孔和納十字孔。
[0030]電調(diào)光反射率薄膜的光反射率為綜合各微區(qū)光反射情況的平均效果；在斷電態(tài)下，陰極上的電子分布密度相同，入射到陰極上的光束被充分反射;通過調(diào)變分別加載在陰陽電極間的雙路信號電壓，調(diào)變陰極上的陣列化電子的密度及其分布形態(tài)，對入射波束執(zhí)行光反射率的電調(diào)操控;通過匹配調(diào)變所加載的雙路時序電壓信號的頻率和占空比，控制調(diào)變光反射率的時長。
[0031]下面詳細(xì)說明本實用新型實施例的電調(diào)光反射率薄膜的工作過程。首先將由第一陽極引出的金屬電引線壓焊在第一電引線微焊區(qū)上，將由第二陽極引出的金屬電引線壓焊在第二電引線微焊區(qū)上，將由陰極引出的金屬電引線壓焊在第三電引線微焊區(qū)上。將具有特定頻率、幅度和占空比的雙路時序電壓信號通過三根金屬電引線分別加載在電調(diào)光反射率薄膜上，其中的正電端分別加載在第一陽極和第二陽極上，負(fù)電端加載在陰極上，隨著信號電壓的有效加載和電參數(shù)的有序調(diào)變，電調(diào)光反射率薄膜將入射到其陰極一端的光波逐次調(diào)變到所限定的反射效能處;通過調(diào)節(jié)電壓信號的頻率或占空比，調(diào)節(jié)電調(diào)光反射率薄膜的有效控光工作時長。
[0032]本實用新型的電調(diào)光反射率薄膜，采用雙路可調(diào)幅及調(diào)變信號占空比的時序電壓信號控制電調(diào)光反射率薄膜的光反射率，具有動態(tài)范圍大、偏振不敏感、驅(qū)控靈活精細(xì)、調(diào)光響應(yīng)快、光反射態(tài)可電控切入與調(diào)換的特點。
[0033]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種電調(diào)光反射率薄膜，其特征在于，包括第一光學(xué)介質(zhì)層，依次設(shè)置在所述第一光學(xué)介質(zhì)層上表面的第一陽極、第二光學(xué)介質(zhì)層和第二陽極，以及設(shè)置在所述第一光學(xué)介質(zhì)層下表面的陰極，所述陰極為勻質(zhì)金屬膜結(jié)構(gòu)，所述第一陽極和所述第二陽極均由其上布有MXN元陣列分布的納孔的石墨烯膜構(gòu)成;通過調(diào)變加載在所述第一陽極和所述陰極間的第一時序電壓信號以及加載在所述第二陽極和所述陰極間的第二時序電壓信號，調(diào)變所述陰極上的陣列化電子的密度和分布形態(tài)，進(jìn)而調(diào)變所述電調(diào)光反射率薄膜的光反射率。2.如權(quán)利要求1所述的電調(diào)光反射率薄膜，其特征在于，通過調(diào)變所述第一時序電壓信號和所述第二時序電壓信號的頻率或占空比，調(diào)節(jié)所述電調(diào)光反射率薄膜的有效控光工作時長。3.如權(quán)利要求1所述的電調(diào)光反射率薄膜，其特征在于，所述陰極上的陣列化電子的密度越大，對應(yīng)位置的光發(fā)射率越大。4.如權(quán)利要求1所述的電調(diào)光反射率薄膜，其特征在于，在斷電態(tài)下，所述陰極上的電子的分布密度相同，所述電調(diào)光反射率薄膜呈現(xiàn)本征的高光反射率。5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的電調(diào)光反射率薄膜，其特征在于，定義納孔面積占第一陽極總通光面積的比率為第一納孔填充系數(shù)，定義納孔面積占第二陽極總通光面積的比率為第二納孔填充系數(shù)，所述第一納孔填充系數(shù)和所述第二納孔填充系數(shù)均在84%以上，且所述第二納孔填充系數(shù)大于所述第一納孔填充系數(shù)。6.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的電調(diào)光反射率薄膜，其特征在于，所述納孔為納方孔、納圓孔或納十字孔。7.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的電調(diào)光反射率薄膜，其特征在于，所述第二陽極遠(yuǎn)離所述第二光學(xué)介質(zhì)層的一面還設(shè)有第一保護(hù)膜，所述陰極遠(yuǎn)離所述第一光學(xué)介質(zhì)層的一面還設(shè)有第二保護(hù)膜。8.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的電調(diào)光反射率薄膜，其特征在于，還包括陽極電引線微焊區(qū)和陰極電引線微焊區(qū)，所述陽極電引線微焊區(qū)設(shè)置在所述電調(diào)光反射率薄膜的靠近所述第二陽極的一側(cè)，用于接入所述第一陽極和所述第二陽極的金屬電引線，所述陰極電引線微焊區(qū)設(shè)置在所述電調(diào)光反射率薄膜的靠近所述陰極的一側(cè)，用于接入所述陰極的金屬電引線。
【文檔編號】G02F1/01GK205427366SQ201620199696
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】張新宇, 魏東, 信釗煒, 袁瑩, 彭莎, 張波, 吳勇, 王海衛(wèi), 謝長生
【申請人】華中科技大學(xué)