[发明专利]用于形成三维光场分布的光学器件

说明书

一种用于形成三维光场分布的光学器件，包括：可单独寻址的单位晶格的阵列；该单位晶格的阵列中的每一个单位晶格包括堆叠，该堆叠包括：至少一个电极；以及共振限定层，包括至少相变材料(PCM)层，其中该共振限定层被图案化以限定几何结构，该几何结构被确定尺寸以限定电磁波的依赖于波长的面内共振；其中该至少一个电极基于接收到用于改变共振限定层中的共振的波长依赖性的控制信号来导致相变材料的相变用以控制单位晶格的光学特性；其中该单位晶格阵列中的各单位晶格被隔开以使得一单位晶格的PCM层与相邻单位晶格中的PCM层隔开。

技术领域

本发明概念涉及一种用于形成三维光场分布的光学器件。具体而言，本发明概念涉及可形成三维光场以显示全息图像的光学器件。

背景技术

全息图像通过对光场的三维控制来形成。具体而言，如果期望呈现变化的全息图像(诸如呈现全息视频)，则用于形成三维光场的光学器件可能需要被控制以改变特性。

因此，为了全息图像的显示，可能需要改变光学器件中的单位晶格的响应。为此，已知利用相变材料(PCM)来使得能够改变层堆叠的响应。PCM可以在至少两个明确定义的状态之间变化，其中PCM在不同状态中具有不同的光学特性以使得光学器件改变特性。由此，薄PCM层可被用来调制由单位晶格反射或透射的光的强度和相位。

在Hosseini P.、Wright C.D、Bhaskaran H.于2014年7月10日发表在自然杂志第511卷第206-211页的“An optoelectronic framework enabled by low-dimensionalphase-change films(一种由低维相变膜实现的光电框架)”中，论证了电感稳定的颜色使用极薄相变材料和透明导体来在反射和半透明两个模式中变化。它显示了如何在刚性和柔性膜上的显示器中使用像素化方法。夹在两个ITO层之间的相变材料Ge₂Sb₂Te₅(GST)的堆叠被沉积在反射表面的顶部。底部ITO层的厚度可以被改变，以便取决于GST的状态针对给定颜色调谐堆栈的反射率。

然而，光学特性在单位晶格的不同状态之间的较大差异将会是所期望的，例如以提高全息图像的亮度和/或清晰度。

发明内容

本发明概念的目标是提供一种改进的光学器件，该光学器件可用于改善对三维光场分布的控制。

本发明的这一目标和其他目的至少部分地由独立权利要求中限定的本发明来满足。优选实施例在从属权利要求中陈述。

根据第一方面，提供了一种用于形成三维光场分布的光学器件，所述光学器件包括：单位晶格的阵列，其中该单位晶格的阵列中的单位晶格是可单独寻址的以用于控制该单位晶格的光学特性；该单位晶格的阵列中的每一个单位晶格包括堆叠，该堆叠包括：用于接收用于控制该单位晶格的光学特性的控制信号的至少一个电极；以及共振限定层，包括至少相变材料(PCM)层，其中该共振限定层被图案化以限定几何结构，其中该几何结构至少在共振限定层的平面内被确定尺寸以限定该共振限定层的平面内的共振的波长依赖性；其中该至少一个电极被配置成基于接收到该控制信号来导致相变材料在第一状态和第二状态之间的相变，并且其中该相变材料的相变改变共振限定层的平面内的共振的波长依赖性用以控制单位晶格的光学特性；其中该单位晶格的阵列中的各单位晶格被隔开，以使得一单位晶格的PCM层与相邻单位晶格中的PCM层隔开。

该光学器件包括PCM层，该PCM层被图案化以便通过限定共振限定层的平面内的共振来控制单位晶格的共振特性。由此，与其中各层的多层堆叠中的各层的厚度限定导致入射光线和(相乘)反射光线的相消干涉的面外法布里珀罗(Fabry-Pérot)共振(针对PCM的一个状态)的几何形状相反，本公开的光学器件使用包括相变材料的图案来限定面内共振。