一种动态红外光束偏转器制造技术

本申请属于光学器件技术领域，公开了一种动态红外光束偏转器，包括衬底和多个设置在所述衬底上表面的微纳凸起物；所述衬底由红外透明材料制成；所述微纳凸起物沿单一方向呈周期性阵列分布在所述衬底上，且所述微纳凸起物由光学相变材料制成，所述光学相变材料能够通过加热改变晶化率从而改变折射率，以改变对入射光的偏转角度；从而可实现光束偏转角度的动态调控，适用性较好。适用性较好。适用性较好。

【技术实现步骤摘要】
一种动态红外光束偏转器


[0001]本申请涉及光学器件
，具体而言，涉及一种动态红外光束偏转器。

技术介绍

[0002]光束偏转器作为一种最基础的光学器件，能够对入射光束进行一定角度的偏折,使光束整体地偏转一个角度出射，光束偏转器是激光雷达探测等应用领域的核心部件。传统的光束偏转器体积庞大或涉及机械移动，难以顺应光学系统的轻薄化和小型化趋势。
[0003]超构表面通过改变微纳结构的结构参数可提供高自由度的光场调控，可实现多种光学功能器件的功能，为实现超薄超轻平面光束偏转器提供了强有力的支持。然而，目前通过超构表面实现的光束偏转器大多只能实现一个给定角度的光束偏转，无法实现光束偏转角度的动态调控，适用性较差。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种动态红外光束偏转器，可实现光束偏转角度的动态调控，适用性较好。
[0005]本申请提供了一种动态红外光束偏转器，包括衬底和多个设置在所述衬底上表面的微纳凸起物；所述衬底由红外透明材料制成；所述微纳凸起物的中心点呈矩阵排布，且所述微纳凸起物的中心点的行间距和列间距相同；每行微纳凸起物由多个单元组沿行向排列组成，每个所述单元组由多个所述微纳凸起物沿行向排列组成; 所述微纳凸起物由光学相变材料制成, 所述光学相变材料能够通过加热改变晶化率，从而从非晶态构型逐渐向晶态构型转变；沿统一的排列方向，每个所述单元组的各所述微纳凸起物对入射光的相位调控量逐渐增加，且每个所述单元组的各所述微纳凸起物对入射光的相位调控量满足以下关系：；其中，为所述单元组中沿所述排列方向的第i个所述微纳凸起物在晶态构型状态下对入射光的相位调控量，为所述单元组中沿所述排列方向的第1个所述微纳凸起物在晶态构型状态下对入射光的相位调控量，为所述单元组中沿所述排列方向的第i个所述微纳凸起物在非晶态构型状态下对入射光的相位调控量，为所述单元组中沿所述排列方向的第1个所述微纳凸起物在晶态构型状态下对入射光的相位调控量，为所述单元组包含的所述微纳凸起物的数量,为大于或等于2的正整数。
[0006]通过使微纳凸起物呈上述的周期性矩阵式分布，能够实现入射光束整体地沿相同角度偏转，避免光束聚焦或扩散；通过加热，可改变微纳凸起物的光学相变材料的晶化率，从而改变其折射率，当入射光束以相同的入射角射向该动态红外光束偏转器，微纳凸起物
的不同折射率会导致光束以不同的偏转角度出射；因此，可根据实际需要进行加热，以实现光束偏转角度的动态调控，适用性好。
[0007]优选地，每个所述单元组的各所述微纳凸起物对入射光的相位调控量还满足以下条件：；其中，为正整数。
[0008]优选地，所述微纳凸起物是横截面为圆形或正方形的柱状结构。
[0009]优选地，同一个所述单元组中，沿所述排列方向，各所述微纳凸起物的横截面尺寸逐渐增大。
[0010]优选地，所述光学相变材料为锗锑碲、碲化锗、碲化锑或锗锑碲硒。
[0011]优选地，所述微纳凸起物的外表面包裹有由红外透明材料制成的保护层，所述保护层的熔点高于所述光学相变材料的熔点。
[0012]优选地，所述保护层覆盖所述衬底的上表面。
[0013]实际应用中，通过把光学相变材料加热至熔点以上，可以把光学相变材料从晶态构型转换为非晶态构型，在该过程中，可通过保护层保持微纳凸起物的形状不变。
[0014]优选地，所述保护层的厚度在工作波长的1/20以下。
[0015]优选地，所述衬底的熔点高于所述光学相变材料的熔点。
[0016]从而当通过把光学相变材料加热至熔点以上来使光学相变材料从晶态构型转换为非晶态构型的时候，衬底能够保持自身的形状不变，保证动态红外光束偏转器的结构稳定。
[0017]优选地，所述衬底由Ge，ZnSe或CaF2制成。
[0018]可选地，所述微纳凸起物的横截面为正方形；所述单元组包括八个微纳凸起物，所述八个微纳凸起物的宽度分别为：0.54μm、0.78μm、0.94μm、1.06μm、1.18μm、1.26μm、1.42μm、1.54μm；所述行间距和所述列间距均为4μm。
[0019]有益效果：本申请提供的动态红外光束偏转器，通过使微纳凸起物呈周期性矩阵式分布，能够实现入射光束整体地沿相同角度偏转，避免光束聚焦或扩散；通过加热，可改变微纳凸起物的光学相变材料的晶化率，从而改变其折射率，当入射光束以相同的入射角射向该动态红外光束偏转器，微纳凸起物的不同折射率会导致光束以不同的偏转角度出射；因此，可根据实际需要进行加热，以实现光束偏转角度的动态调控，适用性好。
附图说明
[0020]图1为本申请实施例提供的一种动态红外光束偏转器的俯视图。
[0021]图2为本申请实施例提供的动态红外光束偏转器的剖视图。
[0022]图3为示例性的动态红外光束偏转器的透过率变化曲线。
[0023]图4为示例性的动态红外光束偏转器的偏转角度变化曲线。
[0024]图5为示例性的单元组中各微纳凸起物对入射光的相位调控量的变化曲线图。
[0025]标号说明：1、衬底；2、微纳凸起物；3、单元组；4、保护层。
具体实施方式
[0026]下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
[0027]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0028]请参照图1
‑
图2，本申请一些实施例中的一种动态红外光束偏转器，包括衬底1和多个设置在衬底1上表面的微纳凸起物2；衬底1由红外透明材料（即可透射红外光的材料）制成；微纳凸起物2的中心点呈矩阵排布，且微纳凸起物2的中心点的行间距和列间距相同；每行微纳凸起物2由多个单元组3沿行向排列组成，每个单元组3由多个微纳凸起物2沿行向排列组成（此处是根据图1中动态红外光束偏转器的放置方向进行描述的，当放置方向旋转90
°
后，则可描述为每列微纳凸起物2由多个单元组3沿列向排列组成，每个单元组3由多个微纳凸起物2沿列向排列组成）; 微纳凸起物2由光学相变材料制成, 光学相变材料能够通过加热改变晶化率，从而从非晶态构型逐渐向晶态构型转变；沿统一的排列方向（以图1为例，图中的该排列方向是从左到右，实际上也可从右到左，若图1中动态红外光束偏转器的放置方向旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态红外光束偏转器，包括衬底（1）和多个设置在所述衬底（1）上表面的微纳凸起物（2）；其特征在于，所述衬底（1）由红外透明材料制成；所述微纳凸起物（2）的中心点呈矩阵排布，且所述微纳凸起物（2）的中心点的行间距和列间距相同；每行微纳凸起物（2）由多个单元组（3）沿行向排列组成，每个所述单元组（3）由多个所述微纳凸起物（2）沿行向排列组成; 所述微纳凸起物（2）由光学相变材料制成, 所述光学相变材料能够通过加热改变晶化率，从而从非晶态构型逐渐向晶态构型转变；沿统一的排列方向，每个所述单元组（3）的各所述微纳凸起物（2）对入射光的相位调控量逐渐增加，且每个所述单元组（3）的各所述微纳凸起物（2）对入射光的相位调控量满足以下关系：；其中，为所述单元组（3）中沿所述排列方向的第i个所述微纳凸起物（2）在晶态构型状态下对入射光的相位调控量，为所述单元组（3）中沿所述排列方向的第1个所述微纳凸起物（2）在晶态构型状态下对入射光的相位调控量，为所述单元组（3）中沿所述排列方向的第i个所述微纳凸起物（2）在非晶态构型状态下对入射光的相位调控量，为所述单元组（3）中沿所述排列方向的第1个所述微纳凸起物（2）在晶态构型状态下对入射光的相位调控量，为所述单元组（3）包含的所述微纳凸起物（2）的数量,为大于或等于2的正整数。2.根据权利要求1所述的动态红外光束偏转器，其特征在于，每个所述单元组（3）的各所述微纳凸起物（2）对入射光的...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘美妍，郑梦洁，傅翼斐，陈皓，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：