基于温度响应的光波前调制装置和方法制造方法及图纸

提供一种基于温度响应的光波前调制装置，其包括：第一层，其包含水凝胶，该第一层具有相对的第一表面和第二表面；以及多个第一微纳结构单元，其间隔排列在所述第一表面。通过改变所述第一层的温度，可以改变相邻的第一微纳结构单元之间的距离，调整相邻的第一微纳结构单元之间的耦合强度或耦合状态，实现对出射光的动态波前调制。

【技术实现步骤摘要】
基于温度响应的光波前调制装置和方法
本专利技术涉及一种基于温度响应的光波前调制装置和方法，属于微纳光学领域。
技术介绍
目前电控、机械驱动、化学曝光、光学泵浦和温度控制等技术都可以实现对光波前的动态调制，然而这些技术都难以实现对光的两个偏振分量同时进行调制，同时也不适合集成化。此外，超颖表面可以对光波前进行像素级的调制，例如中国专利ZL201811090766.8就公开了一种基于介质共形超颖表面实现波前调制的方法，其中设计超颖表面单元结构，超颖表面是由具有不同几何尺寸的介质圆纳米柱阵列构成，通过改变纳米柱单元几何半径和高度，超颖表面对出射光束的相位进行任意地调控；只考虑单个曲面时，根据光线追迹的方法或时域有限差分法FDTD计算出入射光通过曲面的相位分布，然后根据衍射理论或全息原理分析方法计算出用户定制功能的相位分布，从而用介质共形超颖表面补偿两者的相位差对超颖表面相位进行编码。用户定制功能包括透镜聚焦、可调异常折射、光学隐身和幻象功能，其能够解决可穿戴电子产品、医疗设备或光电器件领域相应的技术问题。然而，目前的超颖表面中加工后结构固定，这导致目前的超颖表面无法实现对光波前的动态调制。鉴于上述，本专利技术旨在提供一种基于温度响应的光波前调制装置和方法，来解决上述的一个或多个技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，根据本专利技术一方面，提供一种基于温度响应的光波前调制装置，其包括：第一层，其随温度变化具有膨胀状态和收缩状态，该第一层具有相对的第一表面和第二表面；以及多个第一微纳结构单元，其间隔排列在所述第一表面。根据本专利技术又一方面，所述的基于温度响应的光波前调制装置还包括第二层，该第二层设置于第一层下且与所述第二表面接触。根据本专利技术又一方面，所述多个第一微纳结构单元形成谐振器阵列，所述第一层包含水凝胶。根据本专利技术又一方面，所述第二层为基底，该基底具有光反射或光透射性质。根据本专利技术又一方面，所述基底为金属基底或玻璃基底。根据本专利技术又一方面，所述的基于温度响应的光波前调制装置还包括多个第二微纳结构单元，所述多个第二微纳结构单元间隔排列在所述第一表面。根据本专利技术又一方面，所述第一与第二微纳结构单元交错排列。根据本专利技术又一方面，所述第一微纳结构单元之间的耦合距离不同于所述第二微纳结构单元之间的耦合距离。根据本专利技术又一方面，所述的基于温度响应的光波前调制装置还包括温度调节单元，用于改变所述第一层的温度以改变相邻的第一微纳结构单元之间的距离和调整相邻的第一微纳结构单元之间的耦合强度或耦合状态。根据本专利技术又一方面，提供了一种利用前述的基于温度响应的光波前调制装置进行光波前调制的方法，其中，改变所述第一层的温度以改变相邻的第一微纳结构单元之间的距离，调整相邻的第一微纳结构单元之间的耦合强度或耦合状态，实现对出射光的动态波前调制。与现有技术相比，本专利技术具有以下一个或多个技术效果：首先，可通过在超颖表面上排布各向同性以及各向异性谐振器作为调制单元，可以实现对入射光两个偏振分量的独立调制；其次，热响应型第一层例如水凝胶在低于临界温度下会发生膨胀，在高于临界温度下会发生塌缩，将谐振器(微纳结构单元)排列在其表面可实现超颖结构对入射光和反射光进行动态温控调制效果，且产品也易于集成化；第三，本专利技术可以用于数据压缩、波前选择、透镜设计、数据传输、防伪技术、全息显示等领域，提供新的对光波前调制方案。附图说明为了能够理解本专利技术的上述特征的细节，可以参照实施例，得到对于简要概括于上的专利技术更详细的描述。附图涉及本专利技术的优选实施例，并描述如下：图1为根据本专利技术一种优选实施例的基于温度响应的光波前调制装置结构示意图；图2为根据本专利技术另一种优选实施例的基于温度响应的光波前调制装置结构示意图；图3为根据本专利技术又一种优选实施例的基于温度响应的光波前调制装置结构示意图；图4为根据本专利技术再一种优选实施例的基于温度响应的光波前调制装置结构示意图。具体实施例现在将对于各种实施例进行详细说明，这些实施例的一个或更多个实例分别绘示于图中。各个实例以解释的方式来提供，而非意味作为限制。例如，作为一个实施例的一部分而被绘示或描述的特征，能够被使用于或结合任一其他实施例，以产生再一实施例。本专利技术意在包含这类修改和变化。在以下对于附图的描述中，相同的参考标记指示相同或类似的结构。一般来说，只会对于个别实施例的不同之处进行描述。除非另有明确指明，否则对于一个实施例中的部分或方面的描述也能够应用到另一实施例中的对应部分或方面。实施例1参见图1，其示出了根据本专利技术一种优选实施例的基于温度响应的光波前调制装置的结构示意图。该基于温度响应的光波前调制装置可包括：第一层2，其随温度变化具有膨胀状态和收缩状态，该第一层2具有相对的第一表面和第二表面；以及多个第一微纳结构单元1，其间隔排列在所述第一表面。可以理解的是，为实现对入射光的偏振态的调制，将谐振器(微纳结构单元)作为调制单元并阵列排布在第一层2的表面上，通过改变温度可以改变膨胀或收缩状态，进而改变相邻谐振器的间距、耦合效应的状态(耦合与非耦合)以及耦合效应的强弱。需要说明的是，入射光可以在该第一层2中传输，例如，入射光可以入射至第一微纳结构单元1，然后穿过第一层2后出射，但本专利技术并不限于此。例如该入射光在穿过第一层2后经由例如后述的基板(也可以是其它任何反射部件)反射，再次回到第一层2以及第一微纳结构单元1后再出射。优选地，参见图2，所述的基于温度响应的光波前调制装置还包括第二层3，该第二层3设置于第一层2下且与所述第二表面接触。优选地，参见图2，所述多个第一微纳结构单元1形成谐振器阵列。进一步，所述第一层2例如可包含水凝胶，但本专利技术并不限于此，其它具有(随温度变化)膨胀状态和收缩状态的透光材料都是可以的。优选地，所述第二层3为基底，该基底具有光反射或光透射性质。参见图3，该基底是透明的，可以透过光，入射光从上方入射至微纳结构单元，经由第一层2和基底向下出射。参见图2，该基底具有光反射性质，可以发射光，入射光从上方入射至微纳结构单元，穿过第一层2后由基底向上反射，经由第一层2和微纳结构单元向上出射。优选地，所述基底为金属基底或玻璃基底。优选地，参见图4，所述的基于温度响应的光波前调制装置还包括多个第二微纳结构单元4，所述多个第二微纳结构单元4间隔排列在所述第一表面。优选地，参见图4，所述第一与第二微纳结构单元1、4交错排列。第一微纳结构单元1例如为环形，第二微纳结构单元4例如为长方体，但本专利技术并不限于此，任何合适形状的微纳结构单元都是允许的。优选地，所述第一微纳结构单元1之间的耦合距离不同于所述第二微纳结构单元4之间的耦合距离。例如相邻第一微纳结构单元1之间的耦合距离l小于相邻第二微纳结构单元4之间的耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温度响应的光波前调制装置，其特征在于包括：/n第一层，其包含水凝胶，该第一层具有相对的第一表面和第二表面；以及/n多个第一微纳结构单元，其间隔排列在所述第一表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于温度响应的光波前调制装置，其特征在于包括：
第一层，其包含水凝胶，该第一层具有相对的第一表面和第二表面；以及
多个第一微纳结构单元，其间隔排列在所述第一表面。


2.根据权利要求1所述的基于温度响应的光波前调制装置，其特征在于还包括第二层，该第二层设置于第一层下且与所述第二表面接触。


3.根据权利要求1或2所述的基于温度响应的光波前调制装置，其特征在于所述多个第一微纳结构单元形成谐振器阵列。


4.根据权利要求2所述的基于温度响应的光波前调制装置，其特征在于所述第二层为基底，该基底具有光反射或光透射性质。


5.根据权利要求4所述的基于温度响应的光波前调制装置，其特征在于所述基底为金属基底或玻璃基底。


6.根据权利要求1或2所述的基于温度响应的光波前调制装置，其特征在于还包括多个第二微纳结构单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，阿塔奥，韩遇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11