[發(fā)明專利]一種基于相變材料的可重構(gòu)、非易失的平板透鏡及其制作方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111212287.0
• 申請(qǐng)日: 2021-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN113848657A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李朝暉;陳鴻飛;楊水仙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué);南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海）
• 主分類號(hào): G02F1/00
• 分類號(hào): G02F1/00;G02F1/01
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 王曉玲

本發(fā)明涉及一種基于相變材料的可重構(gòu)、非易失的平板透鏡及其制作方法。包括介質(zhì)基底，介質(zhì)基底能夠透過目標(biāo)波段的光束；置于介質(zhì)基底表面的一層相變材料薄膜，相變材料薄膜在外部激勵(lì)作用下，其包含的相變材料能夠呈現(xiàn)不同狀態(tài)，對(duì)應(yīng)平板透鏡不同的相位狀態(tài)；置于相變材料薄膜表面的一層包層薄膜，包層薄膜對(duì)目標(biāo)波段與重構(gòu)波段低吸收，重構(gòu)波段為重構(gòu)平板透鏡表面相位的飛秒激光光束波段。本發(fā)明提供的一種基于相變材料的可重構(gòu)、非易失的平板透鏡及其制作方法，利用相變材料薄膜不同的相變狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)、非易失的空間光場(chǎng)調(diào)控，并且該平板透鏡在目標(biāo)波段透光，能實(shí)現(xiàn)完整周期的相位調(diào)控，通過特定的表面相位調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了光束匯聚的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于相變材料的可重構(gòu)、非易失的平板透鏡及其制作方法。

背景技術(shù)

相較于傳統(tǒng)光學(xué)透鏡，平板透鏡具有對(duì)光的可操縱性強(qiáng)，設(shè)計(jì)靈活和易于集成化等眾多優(yōu)點(diǎn)，在將來的透鏡市場(chǎng)中有著較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)有的平板透鏡加工方式主要有兩種：第一種是通過電子束曝光、聚焦離子束技術(shù)或納米壓印等方法在基底薄膜上加工亞波長(zhǎng)尺度的介質(zhì)微結(jié)構(gòu)；第二種是通過摩擦配相、光配相等方式對(duì)液晶材料進(jìn)行配相，實(shí)現(xiàn)特定的液晶取向分布。但是兩種方法均無法實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)、非易失的平板透鏡。雖然可以通過電極控制液晶取向的方法實(shí)現(xiàn)表面結(jié)構(gòu)可重構(gòu)，也就是空間光調(diào)制器，但是該方法需要持續(xù)加載電壓，無法實(shí)現(xiàn)非易失的平板透鏡；而無論是微納加工技術(shù)還是液晶固化，一旦加工完成，表面結(jié)構(gòu)就無法進(jìn)行更改，不具有可重構(gòu)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于相變材料的可重構(gòu)、非易失的平板透鏡及其制作方法，實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)、非易失的空間光場(chǎng)調(diào)控。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于相變材料的可重構(gòu)、非易失的平板透鏡，其中，

包括介質(zhì)基底，所述介質(zhì)基底能夠透過目標(biāo)波段的光束，所述目標(biāo)波段為平板透鏡的工作波段；

置于介質(zhì)基底表面的一層相變材料薄膜，所述相變材料薄膜由相變介質(zhì)材料沉積而成；所述相變材料薄膜在外部激勵(lì)作用下，其包含的相變材料能夠呈現(xiàn)不同狀態(tài)，對(duì)應(yīng)平板透鏡不同的相位狀態(tài)；

置于相變材料薄膜表面的一層包層薄膜，所述包層薄膜對(duì)目標(biāo)波段與重構(gòu)波段低吸收，所述重構(gòu)波段為重構(gòu)平板透鏡表面相位的飛秒激光光束波段。包層薄膜作為一層保護(hù)膜，防止相變介質(zhì)薄膜由非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，液相流動(dòng)不均勻而影響平板透鏡的表面平整性。

本發(fā)明提出的平板透鏡，利用相變材料薄膜不同的相變狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)、非易失的空間光場(chǎng)調(diào)控，并且該平板透鏡在目標(biāo)波段透光，能實(shí)現(xiàn)完整周期的相位調(diào)控，通過特定的表面相位調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了光束匯聚的效果。由于相變材料的特性，搭配合適的介質(zhì)基底與包層材料，本發(fā)明提出的平板透鏡具有低響應(yīng)時(shí)間、高調(diào)制效率、目標(biāo)波段高透過率的特性；相比于現(xiàn)有的超表面透鏡、基于液晶材料的空間光場(chǎng)調(diào)控技術(shù)和基于相變材料的反射式動(dòng)態(tài)超表面，本發(fā)明提出的平板透鏡同時(shí)具有可重構(gòu)、非易失的性質(zhì)，并且為透射式元件。

在本發(fā)明中，相變材料薄膜在光照或其它激勵(lì)條件下可實(shí)現(xiàn)晶態(tài)到非晶態(tài)的可逆變化。相變材料薄膜晶態(tài)的原子排列長(zhǎng)程有序，其反射率高，而非晶態(tài)是長(zhǎng)程無序，其反射率比晶態(tài)狀態(tài)的低。當(dāng)相變材料薄膜的加熱溫度超過熔點(diǎn)Tm，并使其驟冷可形成非晶態(tài)，而緩慢冷卻時(shí)形成晶態(tài)。在本發(fā)明中，通過高功率密度的激光照射實(shí)現(xiàn)相變材料薄膜晶態(tài)向非晶態(tài)轉(zhuǎn)變,使相變材料薄膜被光照的部分熔融，經(jīng)液相而使原子形成無規(guī)則排列狀態(tài)，因加熱時(shí)間很短，熱量很快向相變材料薄膜的襯底擴(kuò)散而驟冷，冷卻到玻璃轉(zhuǎn)化溫度以下，使相變材料薄膜的這一部分穩(wěn)定在長(zhǎng)程無序的非晶態(tài)。而通過低功率密度的激光照射，使相變材料薄膜緩慢加熱，從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變到晶態(tài)。通過調(diào)控樣品表面激光光束的形狀與光強(qiáng)，控制平板透鏡表面不同位置相變材料的相變程度，其表面相位呈現(xiàn)特定的周期性連續(xù)變化，可實(shí)現(xiàn)了平板透鏡的效果；在無外部激勵(lì)作用上，該平板透鏡可維持現(xiàn)有狀態(tài)。且通過調(diào)控重構(gòu)光束的激光功率可調(diào)控晶態(tài)與非晶態(tài)之間可逆相變，實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)的平板透鏡。