[发明专利]使用电场的电可重构的光学设备

说明书

一种光学设备可以包括：电可重构的光学层，其包含至少一种相变材料，其中，所述相变材料的光学性质能通过电场重构；光学透明的顶部电极和底部电极，所述顶部电极和所述底部电极被配置为向所述电可重构的光学层施加电场，其中，所述电可重构的光学层设置在光学透明的顶部电极和底部电极之间；以及高K介电层，其设置在所述电可重构的光学层和所述底部电极之间。所述电可重构的光学层的相变材料可以包含相变镍酸盐或氧化钨。所述电可重构的光学层的相变材料可以具有钙钛矿结构。相变镍酸盐或氧化钨可以通过向所述相变材料施加电场以大于1kHz的相重构的高速在红外波长光谱处激发大于1的大折射率变化。

母案申请的交叉引用

本申请要求名称为“基于电场可调谐镍酸盐的光电装置”、2018年3月9日提交且序列号为62/641,249的美国专利申请的权益，其全部内容通过引用而并入本文。本申请还要求于2019年3月7日同时提交的序列号为16/296,049的美国专利申请的权益，其全部内容通过引用而并入本文。

技术领域

本公开的一些实施方式涉及一种电可重构的光学设备，尤其涉及包含相变材料的电可重构红外光学元件或像素；该相变材料具有的一种或多种通过施加电场能连续地改变或重构的光学性质。

背景技术

材料的光学性质的重构可在消费品、汽车和航空航天系统中实现功能性优势。光学材料特性(包括吸收、衍射、反射和散射)的动态变化一直是深入研究的主题。各种刺激能够触发这些性质(包括热、光、化学和电场)的光学重构。

光电材料可用于可重构成像中。常规的光电材料在以高重构速度来激发红外波长中的大光学性质变化方面具有挑战。例如，如图1所示，没有传统技术能够提供大于1的折射率变化和大于1kHz的高重构速度。

通过非线性克尔和普克尔斯光电效应或电吸收效应进行的折射率调谐对于自由空间调制而言很小。例如，图1示出克尔光电效应(100)的折射率变化(△n)小于10^-2，而普克尔斯光电效应(110)的折射率变化在10^-4的范围内。

尽管液晶(120)显示出相当大的折射率变化，如刚好低于1，但是由于缓慢的调谐速度(例如，低于10毫秒)和红外波长的高损耗，它们在可重构成像中的应用可能受到限制。

基于Drude-Lorentz模型，当引入大量的自由载流子电荷如大于10¹⁹/cm³时，将电荷注入半导体(130)中可以调节折射率。然而，如图1所示，常规半导体(例如，Si，III-V)的折射率变化被限制至低于10^-2。

关于这些和其他一般考虑，已经描述了以下实施方式。另外，尽管已经讨论了相对具体的问题，但是应理解的是，实施方式不应该限于解决背景技术中所确定的具体技术问题。

发明内容

通过下面的具体实施方式和具体实施方式之后所附的权利要求书，结合附图来阅读，本公开的特征和优点将变得更加容易理解且显而易见。

根据本公开的各种实施方式，电可重构的光学元件(例如，像素)可包括一种或多种相变材料作为电可控光学材料，该电可控光学材料具有一种或多种通过施加到相变材料上的电场能够重构或改变的光学性质。

根据本公开的一些实施方式，相变材料，如相变相关的钙钛矿镍酸盐和氧化钨(WO₃)，可以实现大光学性质变化的激励，例如但不限于，在从短波红外(SWIR)到长波红外(LWIR)光谱的波长范围内折射率变化大于0.1或1。通过将电场施加到相变材料，所述激励可以以例如但不限于大于1kHz的高速发生。