[发明专利]一种基于相变材料的可重构、非易失的平板透镜及其制作方法

说明书

本发明涉及一种基于相变材料的可重构、非易失的平板透镜及其制作方法。包括介质基底，介质基底能够透过目标波段的光束；置于介质基底表面的一层相变材料薄膜，相变材料薄膜在外部激励作用下，其包含的相变材料能够呈现不同状态，对应平板透镜不同的相位状态；置于相变材料薄膜表面的一层包层薄膜，包层薄膜对目标波段与重构波段低吸收，重构波段为重构平板透镜表面相位的飞秒激光光束波段。本发明提供的一种基于相变材料的可重构、非易失的平板透镜及其制作方法，利用相变材料薄膜不同的相变状态，实现了可重构、非易失的空间光场调控，并且该平板透镜在目标波段透光，能实现完整周期的相位调控，通过特定的表面相位调控，实现了光束汇聚的效果。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，更具体地，涉及一种基于相变材料的可重构、非易失的平板透镜及其制作方法。

背景技术

相较于传统光学透镜，平板透镜具有对光的可操纵性强，设计灵活和易于集成化等众多优点，在将来的透镜市场中有着较强的竞争力。现有的平板透镜加工方式主要有两种：第一种是通过电子束曝光、聚焦离子束技术或纳米压印等方法在基底薄膜上加工亚波长尺度的介质微结构；第二种是通过摩擦配相、光配相等方式对液晶材料进行配相，实现特定的液晶取向分布。但是两种方法均无法实现可重构、非易失的平板透镜。虽然可以通过电极控制液晶取向的方法实现表面结构可重构，也就是空间光调制器，但是该方法需要持续加载电压，无法实现非易失的平板透镜；而无论是微纳加工技术还是液晶固化，一旦加工完成，表面结构就无法进行更改，不具有可重构性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种基于相变材料的可重构、非易失的平板透镜及其制作方法，实现了可重构、非易失的空间光场调控。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于相变材料的可重构、非易失的平板透镜，其中，

包括介质基底，所述介质基底能够透过目标波段的光束，所述目标波段为平板透镜的工作波段；

置于介质基底表面的一层相变材料薄膜，所述相变材料薄膜由相变介质材料沉积而成；所述相变材料薄膜在外部激励作用下，其包含的相变材料能够呈现不同状态，对应平板透镜不同的相位状态；

置于相变材料薄膜表面的一层包层薄膜，所述包层薄膜对目标波段与重构波段低吸收，所述重构波段为重构平板透镜表面相位的飞秒激光光束波段。包层薄膜作为一层保护膜，防止相变介质薄膜由非晶态向晶态转变时，液相流动不均匀而影响平板透镜的表面平整性。

本发明提出的平板透镜，利用相变材料薄膜不同的相变状态，实现了可重构、非易失的空间光场调控，并且该平板透镜在目标波段透光，能实现完整周期的相位调控，通过特定的表面相位调控，实现了光束汇聚的效果。由于相变材料的特性，搭配合适的介质基底与包层材料，本发明提出的平板透镜具有低响应时间、高调制效率、目标波段高透过率的特性；相比于现有的超表面透镜、基于液晶材料的空间光场调控技术和基于相变材料的反射式动态超表面，本发明提出的平板透镜同时具有可重构、非易失的性质，并且为透射式元件。

在本发明中，相变材料薄膜在光照或其它激励条件下可实现晶态到非晶态的可逆变化。相变材料薄膜晶态的原子排列长程有序，其反射率高，而非晶态是长程无序，其反射率比晶态状态的低。当相变材料薄膜的加热温度超过熔点Tm，并使其骤冷可形成非晶态，而缓慢冷却时形成晶态。在本发明中，通过高功率密度的激光照射实现相变材料薄膜晶态向非晶态转变,使相变材料薄膜被光照的部分熔融，经液相而使原子形成无规则排列状态，因加热时间很短，热量很快向相变材料薄膜的衬底扩散而骤冷，冷却到玻璃转化温度以下，使相变材料薄膜的这一部分稳定在长程无序的非晶态。而通过低功率密度的激光照射，使相变材料薄膜缓慢加热，从非晶态转变到晶态。通过调控样品表面激光光束的形状与光强，控制平板透镜表面不同位置相变材料的相变程度，其表面相位呈现特定的周期性连续变化，可实现了平板透镜的效果；在无外部激励作用上，该平板透镜可维持现有状态。且通过调控重构光束的激光功率可调控晶态与非晶态之间可逆相变，实现可重构的平板透镜。