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CN111788511A - 使用电场的电可重构的光学设备 - Google Patents

使用电场的电可重构的光学设备 Download PDF

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CN111788511A
CN111788511A CN201980015843.XA CN201980015843A CN111788511A CN 111788511 A CN111788511 A CN 111788511A CN 201980015843 A CN201980015843 A CN 201980015843A CN 111788511 A CN111788511 A CN 111788511A
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CN
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electrically reconfigurable
reconfigurable optical
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optical device
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CN201980015843.XA
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孙庆儿
文贞顺
瑞安·G·夸福特
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HRL Laboratories LLC
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Abstract

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。

Description

使用电场的电可重构的光学设备
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。
根据本公开的一些实施方式，一种光学设备可以包括：一个或多个电可重构的光学元件，其包括相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨(WO3)，其中，所述电可重构的光学元件的一个或多个光学性质可以通过电场重构，使得包含相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨(WO3)的电可重构的光学元件的折射率(n)可以在红外波长光谱中显著改变或修改(例如但不限于△n＞0.1)，或者包含相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨(WO3)的电可重构的光学元件在红外波长光谱中的折射率变化大于1。包含电可重构的光学元件的相变镍酸盐可以具有钙钛矿结构。光学设备可被配置为在例如小于0.1MV/cm的电场下激发大于1的电可重构的光学元件的折射率变化。光学设备可被配置为例如在平行板电容器结构中向包括相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨(WO3)的电可重配置光学元件施加电场，以注入例如大于1021/cm3的电荷密度。所述光学设备可以还包括紧邻电可重构的光学元件设置的高K介电材料层。高K电介质材料的介电常数ε可以大于1000。高ε介电材料层可以包括钛酸锶钡、钛酸钡和钛酸锶中的至少一种。
根据本公开的某些实施方式，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相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨(WO3)。所述电可重构的光学层的相变材料可以具有钙钛矿结构。高K介电层的介电常数ε可以大于1000。高K介电层可以包括钛酸锶钡、钛酸钡和钛酸锶中的至少一种。光学透明顶部电极可以包括基于Ag纳米线的材料、基于石墨烯的材料或通过原子层沉积(ALD)生长的超薄铂材料。电可控相变材料的折射率变化在红外波长光谱处可以大于1。电可重构的光学层可以包括相变材料的像素化阵列。光学设备可被配置为在小于0.1MV/cm的电场下激发大于1的相变材料的折射率变化。光学设备可被配置为向电可重构的光学层施加电场以注入大于1021/cm3的电荷密度。
提供本发明内容以简化形式介绍一些选择的概念，而这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
附图说明
将参考附图来描述根据本公开的各种实施方式，其中：
图1示出了光电材料的折射率变化与重构速度的关系图。
图2示出了沉积的和电子掺杂的镍酸钐材料(SmNiO3，也称为SNO)相对于波长λ的复折射率的曲线图。
图3示出了根据本公开的示例性实施方式的电可重构的光学设备的示意图；
图4A至图4C示出了根据本公开的示例性实施方式的电可重构的光学设备的局部俯视图；
图5示出了根据本公开的示例性实施方式的基于石墨烯的电极的光学透过率相对于波长的图；
图6示出了根据本公开的示例性实施方式的电可重构的红外透镜的示意图；
图7示出了根据本公开的示例性实施方式的f数(F/D)为4、2、1和0.5的32×32像素阵列的反射相位；以及
图8示出了根据本公开的示例性实施方式的f数(F/D)为4、2、1和0.5的透镜配置的仿真结果。
除非另外指出，否则不同附图中的相应数字和符号通常指代相应的部件。绘制附图以清楚地示出实施方式的相关方面，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
在下面的具体实施方式中，参考形成本公开的一部分的附图，并且附图通过图示的方式示出了可以实践本发明的特定实施方式。对这些实施方式进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实施本发明，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下其他实施方式可被利用并且可以进行结构、逻辑和电气改变。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义，并且本发明的范围仅由所附的权利要求及其等同物来限定。附图中相同的数字表示相同的组件，这从使用的上下文中应该是显而易见的。
根据本公开的各种实施方式，电可重构的光学元件(例如，红外光学元件)，如像素，可包括一种或多种相变材料作为电可控的光学材料，该电可控的光学材料具有通过施加到相变材料上的电场改变能够可重构或可改变的一种或多种光学性质。电可重构的光学元件可能不能相对于彼此机械地移动。
相变材料可以具有广泛可调谐的电子结构，其可以容纳各种相。例如，相变材料可以具有钙钛矿结构，例如但不限于ABO3，其中“A”和“B”是原子尺寸非常不同的两种元素并且“O”是氧。相关的钙钛矿镍酸盐，例如但不限于GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3，可以是具有八面体构型的相变材料的实例。相关的钙钛矿镍酸盐显示出相变(即，金属与绝缘体之间，不透明与透明之间，顺磁性与反铁磁性之间的转变)，并伴随着NiO6八面体构型的结构变化。电荷掺杂会改变镍(Ni)轨道的占有率，这导致结构变化，从而导致电子能带结构的重建。根据洛伦兹-洛伦茨关系，相关的钙钛矿镍酸盐的结构变化可能会打开带隙并且引起介电极化率变化和折射率变化。
大光学折射率变化可能与钙钛矿型镍酸盐的电子掺杂诱导的相变(可用于实现强光调制)有关。例如，沉积的镍酸钐材料(SmNiO3，也称为SNO)是导电的并且是光学不透明的，而掺杂电子的SmNiO3是电绝缘的并且是光学透明的。在原始的SmNiO3中，单个电子可以通过自由载流子吸收而引入强的光损耗。可以获取额外的电子，并且四重电子并流形被两个电子占据。两个电子之间的强轨道内库仑排斥力可以打开高达3eV的带隙，并且可以基本上抑制自由载流子的吸收。以这种方式，SmNiO3可被转变为光学透明的电介质。因此，相变材料的光学性质可以通过电子掺杂或提取来重构或改变。
相关的钙钛矿的详细实例被描述于Li，Zhaoyi等人(2016)的“New Platform forSuper-Broadband-Tunable Photonics”,Advanced Materials(Deerfield Beach,Fla.).28.10.1002/adma.201601204中，其全部内容通过引用而并入本文。
图2示出了原始的和电子掺杂的镍酸钐材料(SmNiO3，也称为SNO)相对于波长λ的复折射率的图。如图2所示，SmNiO3示出在例如λ＝10～15μm的红外波长范围内在两个不同相(原始相和电子掺杂相)之间的折射率在3～5之间具有显著变化(△n)。当例如但不限于大于1021/cm3的高电荷密度注入到相变镍酸盐中时，在红外波长下可以实现大于1的折射率变化(△n)。
可以通过施加的电场强度来控制注入相变材料中的电荷水平以及由此引起的折射率变化(△n)的程度。因此，相变材料的折射率的调整可以连续且可逆地进行。
相变材料的相变和光学性质调谐可以基于与温度约束无关的电子掺杂或提取。相变材料例如SNO和WO3(图1的140)中的电子掺杂可以通过电化学方式来执行，但是它们的重构速度慢于10-2Hz，如图1所示。然而，可以通过向相变材料施加电场来以高重构速度进行电子掺杂。可以控制掺杂水平的电场可用于引发相变镍酸盐的掺杂驱动相变。相变镍酸盐可以经历电场可调谐的相变，并且在相变附近具有最大的光学性质变化。
因此，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或氧化钨(WO3)，可以实现大光学性质变化的激发，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1。通过将电场施加到相变材料，激发可以以例如但不限于大于1kHz的高速发生。
图3示出了根据本公开的示例性实施方式的电可重构的光学设备的示意图。图4A至图4C示出了根据本公开的示例性实施方式的电可重构的光学设备的局部俯视图。
电可重构的光学设备300可包括：一个或多个顶部电极310、一个或多个底部电极320、具有电可重构的光学元件的二维阵列的电可控/可重构的光学层330、介电层340、控制器350、电绝缘层360以及可选的基板370。图4A示出了电可重构的光学设备300的堆叠层，其包括电可控/可重构的光学层330、电介质层340、底部电极320、电绝缘层360和基板370。图4B示出了设置在图4A所示的堆叠层上的顶部电极310。如图4C所示，电可重构的光学设备300还可包括用于控制器350的接触垫315和325。例如，第一接触垫315可以设置在顶部电极310上，以在顶部电极310与控制器350之间连接。第二接触垫325可以设置在底部电极320上，以在底部电极320与控制器350之间连接。在图4B和图4C所示的示例性实施方式中，不透明的金属膜可以用于顶部电极310以进行视觉识别。
顶部电极310可被设置在电可重构的光学层330上或上方。顶部电极310可以是对于至少一个波长范围而言光学透明的。顶部电极310可以包括例如但不限于基于银(Ag)纳米线的透明导体、基于石墨烯的透明材料或通过原子层沉积(ALD)生长的超薄金属(例如，Pt)膜。例如，图5示出了基于石墨烯的电极的透光率相对于波长的图。如图5所示，基于石墨烯的电极在2～16pm的波长范围内具有大于95％的透光率。
底部电极320可被设置在电可重构的光学层330下或下方。底部电极320可以包括金属。另外，底部电极320可以是接地的。图4C示出了用于底部电极320的接触垫325的实例。
电可重构/可控的光学层330可以包括一种或多种以上详细描述的相变材料。如上所述，相变材料可以具有钙钛矿结构，并且可以包括例如但不限于相变镍酸盐，如相关的钙钛矿镍酸盐(即，GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3)和氧化钨(WO3)。
顶部电极310和底部电极320可被配置为将电场施加到电可重构的光学层330。由电极310和320施加的电场可以改变电可重构的光学层330的光学性质如折射率。
介电层340可被设置在电可重构的光学层330与底部电极320之间。介电层340可以包括一种或多种高介电常数大(即，介电常数ε超过1000的实部的值)的介电材料。钛酸锶钡(BST：BaxSr1-xTiO3，例如但不限于BaTiO3和SrTiO3，超晶格)可以是具有高介电常数(ε)的介电材料的一个实例。
高K介电层340的集成可以引起强电场效应。通过将具有相关的钙钛矿镍酸盐的电可重构的光学层330与高K介电层340集成在一起，电可重构的光学层330可以是连续可调的，同时在低于0.1MV/cm的电场下允许大于1的折射率变化并且保持大于1kMV/cm的高k电介质层340的击穿场内。
控制器350可以连接到顶部电极310和底部电极320，以控制施加到电可重构的光学层330的电场。控制器350可被配置为控制顶部电极310和底部电极320。例如，控制器350可被配置为向顶部电极310和底部电极320供应电压。控制器350可以是例如但不限于具有电压供应器的电路。
电绝缘层360可以设置在底部电极320和/或电介质层340下或下方。绝缘层360可以覆盖底部电极320和/或介电层340的至少一部分。例如，绝缘层360可以包括二氧化硅(SiO2)。另外，基板370可被设置在绝缘层360下或下方。
电可重构的光学设备300可被单片集成在互补金属氧化物半导体(CMOS)控制集成电路(IC)的顶部上。
此外，可以以几种不同的架构提供上述的相变材料。例如，相变材料可以在高速可重构红外光学设备(例如但不限于红外反射镜、透镜和光栅)中实现。
可选地，根据本公开的实施方式，底部电极320、绝缘层360和基板370也可以是光学透明的。例如，在红外波长范围内，BST可以用于透明绝缘层360，并且GaAs可以用于透明基板370；然而，在可见波长范围内，SiO2或Si3N4可以用于透明绝缘层360，并且玻璃、聚合物(例如，聚酰亚胺、PET和PDMS)和蓝宝石可以用于透明基板370。
图6示出了根据本公开的示例性实施方式的电可重构的红外透镜的示意图。
图3的电可重构的光学设备300可以用于可重构的反射透镜(或聚焦镜)600中的反射镜。
电可控光学层330可以包括相变材料单元620的像素化阵列610。相变材料单元620可以包括一种或多种上述的相变材料。相变材料单元620的像素化阵列610可以是电可程控的二维阵列。例如，相变材料单元620的像素化阵列610可被编程为DC功率耗散几乎为零并且没有温度上升的空间变化的折射率分布。每个相变材料单元620可以通过由相应的顶部电极310和底部电极320施加的电场进行调谐。连接到顶部电极310和底部电极320的至少一个控制器350可被配置为通过向相应的顶部电极310和底部电极320提供电压来控制施加到每个电可控材料单元620的电场。电场可以调节每个电可控材料单元620的光学性质。因此，控制器350可以独立地控制每个电可控材料单元620。例如，每个电可控材料单元620的光学性质可以被独立地控制。电可控材料单元620的光学性质(例如，折射率)的调制可以提供阵列透镜600的焦深可调性。例如，假设小(例如1mm)的孔直径，则对于折射率的变化Δn的每0.1增加而言，透镜600的焦深改变2cm。因此，可重构反射透镜600可以设定像素化阵列610的相变材料单元620的折射率的空间分布，以改变入射平面波的焦距。可重构反射透镜600可以在0至360度的范围内独立地控制在像素化阵列610的每个相变材料单元620处的光束的反射相位，因此可以控制近场聚焦或远场辐射。相变材料单元620的像素化阵列610可被分别控制以具有0～360度的光束的反射相位。这些反射相位可以通过调整相变材料单元620的折射率来实现。通过厚度为d且折射率为n的相变材料的相移θ为：θ＝2dnk0，其中k0是自由空间波数。要考虑的是，在反射光学器件中，由于背表面的反射，所述波两次穿过材料厚度(2d)。
图7示出了根据本公开的示例性实施方式的对于f数(F/D)为4、2、1和0.5的32×32像素阵列的反射相位。F是反射镜的焦距，而D是光圈的直径。可以在0～360度的范围内独立改变32×32像素阵列的每个像素的每个反射相位，因此可以控制近场聚焦或远场辐射。可以设置32×32像素阵列的反射相位，以为入射平面波提供变化的焦距。图7中示出的反射相是计算/建模的相移，而不是测量数据。
图8示出了根据本公开的示例性实施方式的f数(F/D)为4、2、1和0.5的透镜配置的仿真结果。如图8所示，可重构透镜可被重构以在宽范围内获得各种焦距，从而导致f数的极大可调性，而仅需要实现从θ＝0～2π的相位反射的能力。然而，与传统透镜一样，较大的焦距会由于衍射而产生较大的焦点。
根据本公开的一些实施方式，相变材料，如相变镍酸盐和氧化钨(WO3)，可以激发大光学性质改变，例如但不限于，通过在相变材料上施加电场以例如但不限于大于1KHz的高相位重构速度在红外波长光谱中大于1的折射率变化。
根据本公开的某些实施方式，通过将具有相关钙钛矿镍酸盐的电可重构的光学层与高K介电层集成在一起，该电可重构的光学层可以是连续可调的，同时允许在低于0.1MV/cm的电场下折射率变化大于0.1或1并且保持在大于1MV/cm的高K电介质层的击穿场内。
尽管已经详细描述了示例性实施方式，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以在文中进行各种改变、替换和变更。
而且，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的工艺、机器、制造，以及物质组成、手段、方法和步骤的特定实施方式。如本领域的普通技术人员将从公开内容中容易地理解的是，当前存在或以后将要开发的、执行与本文描述的相应实施方式基本相同的功能或实现基本相同的结果的工艺、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤可以根据实施方式和替代实施方式进行利用。因此，所附权利要求书旨在将这样的工艺、机器、制造，物质组成、手段、方法或步骤包括在它们的范围内。
优选地包括本文描述的所有元件、部分和步骤。应当理解，这些元件、部分和步骤中的任何一个都可以被其他元件、部分和步骤替代或完全删除对于本领域技术人员而言是显而易见的。
广泛而言，该著作至少公开了以下内容：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。
本发明构思
本文还至少提出以下构思：
构思1.一种电可程控的反射器，包括：
电可重构的光学元件的二维阵列，所述电可重构的光学元件包含相变相关钙钛矿镍酸盐或氧化钨，其中，所述电可重构的光学元件的一种或多种光学性质能通过电场重构，使得包含相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件的折射率在红外波长下能改变。
构思2.根据任意前述的和/或随后的构思所述的电可程控的反射器，其中，所述电可重构的光学元件不能相对于彼此机械地移动。
构思3.根据任意前述的和/或随后的构思所述的电可程控的反射器，其中，包含所述相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件的折射率能改变大于0.1。
构思4.根据任意前述的和/或随后的构思所述的电可程控的反射器，其中，包括所述相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨的电可重构光学元件的折射率可改变超过1。
构思5.根据任意前述的和/或随后的构思所述的电可程控的反射器，其中，所述相变相关的钙钛矿镍酸盐包括GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3中的至少一种。
构思6.根据任意前述的和/或随后的构思所述的电可程控的反射器，其中，所述电可程控的反射器被配置为用施加的电场激发所述电可重构的光学元件的折射率改变大于0.1。
构思7.根据任意前述的和/或随后的构思所述的电可程控的反射镜或聚焦镜，还包括紧邻所述电可重构的光学元件设置的高K介电层。
构思8.根据任意前述的和/或随后的构思所述的电可程控的反射镜或聚焦镜，其中，所述高K介电层包括钛酸锶钡、钛酸钡和钛酸锶中的至少一种。
构思9.一种光学设备，包括：
一个或多个包含相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件，其中，所述电可重构的光学元件的一种或多种光学性质能通过电场重构，使得包含所述相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件的折射率在红外波长下能改变大于0.1。
构思10.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，包含所述相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件具有钙钛矿结构。
构思11.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述相变镍酸盐包括GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3中的至少一种。
构思12.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述光学设备被配置为用施加的电场激发所述电可重构的光学元件的折射率改变大于0.1。
构思13.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，还包括紧邻所述电可重构的光学元件设置的高K介电层。
构思14.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述高K介电层包括钛酸锶钡、钛酸钡或钛酸锶中的至少一种。
构思15.一种光学设备，包括：
包含至少一种相变材料的电可重构的光学层，其中，所述相变材料在预定波长范围内的光学性质能通过电场重构；
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，并且所述顶部电在所述波长范围内是光学透明的；以及
高K介电层，其设置在所述电可重构的光学层与所述顶部电极和所述底部电极中的至少一者之间。
构思16.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述电可重构的光学层的相变材料包含相变镍酸盐或氧化钨。
构思17.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述相变镍酸盐包括GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3中的至少一种。
构思18.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述电可重构的光学层的相变材料具有钙钛矿结构。
构思19.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述高K介电层包括钛酸锶钡、钛酸钡和钛酸锶中的至少一种。
构思20.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述光学透明顶部电极包含基于Ag纳米线的材料、基于石墨烯的材料以及由原子层沉积制成的超薄金属膜。
构思21.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述电相变材料的折射率变化在红外波长光谱处大于0.1。
构思22.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述电相变材料的折射率变化在红外波长光谱处大于1。
构思23.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述电可重构的光学层包含相变材料的像素化阵列。
构思24.根据任意前述的和/或随后的构思所述的光学设备，其中，所述光学设备被配置为用施加的电场激发所述相变材料的折射率变化大于0.1。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电可程控的反射器，包括：
电可重构的光学元件的二维阵列，所述电可重构的光学元件包含相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨，其中，所述电可重构的光学元件的一种或多种光学性质能通过电场重构，使得含有所述相变相关的镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件的折射率在红外波长下能改变。
2.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，其中，所述电可重构的光学元件不能相对于彼此机械地移动。
3.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，其中，包含所述相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件的折射率能改变大于0.1。
4.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，其中，包括所述相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨的电可重构光学元件的折射率能改变超过1。
5.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，其中，所述相变相关的钙钛矿镍酸盐包括GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，其中，所述电可程控的反射器被配置为用施加的电场激发所述电可重构的光学元件的折射率改变大于0.1。
7.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，还包括紧邻所述电可重构的光学元件设置的高K介电层。
8.根据权利要求7所述的电可程控的反射器，其中，所述高K介电层包括钛酸锶钡、钛酸钡和钛酸锶中的至少一种。
9.一种光学设备，包括：
一个或多个包含相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件，其中，所述电可重构的光学元件的一种或多种光学性质能通过电场重构，使得包含所述相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件的折射率在红外波长下能改变大于0.1。
10.根据权利要求9所述的光学设备，其中，包含所述相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件具有钙钛矿结构。
11.根据权利要求9所述的光学设备，其中，所述相变镍酸盐包括GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3中的至少一种。
12.根据权利要求9所述的光学设备，其中，所述光学设备被配置为用施加的电场激发所述电可重构的光学元件的折射率变化大于0.1。
13.根据权利要求9所述的光学设备，还包括紧邻所述电可重构的光学元件设置的高K介电层。
14.根据权利要求13所述的光学设备，其中，所述高K介电层包括钛酸锶钡、钛酸钡或钛酸锶中的至少一种。
15.一种光学设备，包括：
包含至少一种相变材料的电可重构的光学层，其中，所述相变材料在预定波长范围内的光学性质能通过电场重构；
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所述底部电极之间，并且所述顶部电在所述波长范围内是光学透明的；以及
高K介电层，所述高K介电层设置在所述电可重构的光学层与所述顶部电极和所述底部电极中的至少一者之间。
16.根据权利要求15所述的光学设备，其中，所述电可重构的光学层的相变材料包含相变镍酸盐或氧化钨。
17.根据权利要求16所述的光学设备，其中，所述相变镍酸盐包括GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3中的至少一种。
18.根据权利要求15所述的光学设备，其中，所述电可重构的光学层的相变材料具有钙钛矿结构。
19.根据权利要求15所述的光学设备，其中，所述高K介电层包括钛酸锶钡、钛酸钡和钛酸锶中的至少一种。
20.根据权利要求16所述的光学设备，其中，所述光学透明的顶部电极包含基于Ag纳米线的材料、基于石墨烯的材料以及由原子层沉积制成的超薄金属膜。
21.根据权利要求16所述的光学设备，其中，电相变材料的折射率变化在红外波长光谱处大于0.1。
22.根据权利要求16所述的光学设备，其中，电相变材料的折射率变化在红外波长光谱处大于1。
23.根据权利要求16所述的光学设备，其中，所述电可重构的光学层包含所述相变材料的像素化阵列。
24.根据权利要求21所述的光学设备，其中，所述光学设备被配置为用施加的电场激发所述相变材料的折射率变化大于0.1。

Claims (24)

1.一种电可程控的反射器，包括：
电可重构的光学元件的二维阵列，所述电可重构的光学元件包含相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨，其中，所述电可重构的光学元件的一种或多种光学性质能通过电场重构，使得含有相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件的折射率在红外波长下能改变。
2.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，其中，所述电可重构的光学元件不能相对于彼此机械地移动。
3.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，其中，包含所述相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件的折射率能改变大于0.1。
4.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，其中，包括所述相变相关的钙钛矿镍酸盐或氧化钨的电可重构光学元件的折射率能改变超过1。
5.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，其中，所述相变相关的钙钛矿镍酸盐包括GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的电可程控的反射器，其中，所述电可程控的反射器被配置为用施加的电场激发所述电可重构的光学元件的折射率改变大于0.1。
7.根据权利要求1所述的电可程控的反射镜或聚焦镜，还包括紧邻所述电可重构的光学元件设置的高K介电层。
8.根据权利要求7所述的电可程控的反射镜或聚焦镜，其中，所述高K介电层包括钛酸锶钡、钛酸钡和钛酸锶中的至少一种。
9.一种光学设备，包括：
一个或多个包含相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件，其中，所述电可重构的光学元件的一种或多种光学性质能通过电场重构，使得包含所述相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件的折射率在红外波长下能改变大于0.1。
10.根据权利要求9所述的光学设备，其中，包含所述相变镍酸盐或氧化钨的电可重构的光学元件具有钙钛矿结构。
11.根据权利要求9所述的光学设备，其中，所述相变镍酸盐包括GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3中的至少一种。
12.根据权利要求9所述的光学设备，其中，所述光学设备被配置为用施加的电场激发所述电可重构的光学元件的折射率变化大于0.1。
13.根据权利要求9所述的光学设备，还包括紧邻所述电可重构的光学元件设置的高K介电层。
14.根据权利要求13所述的光学设备，其中，所述高K介电层包括钛酸锶钡、钛酸钡或钛酸锶中的至少一种。
15.一种光学设备，包括：
包含至少一种相变材料的电可重构的光学层，其中，所述相变材料在预定波长范围内的光学性质能通过电场重构；
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所述底部电极之间，并且所述顶部电在所述波长范围内是光学透明的；以及
高K介电层，所述高K介电层设置在所述电可重构的光学层与所述顶部电极和所述底部电极中的至少一者之间。
16.根据权利要求15所述的光学设备，其中，所述电可重构的光学层的相变材料包含相变镍酸盐或氧化钨。
17.根据权利要求16所述的光学设备，其中，所述相变镍酸盐包括GdNiO3、EuNiO3、SmNiO3、NdNiO3和PrNiO3中的至少一种。
18.根据权利要求15所述的光学设备，其中，所述电可重构的光学层的相变材料具有钙钛矿结构。
19.根据权利要求15所述的光学设备，其中，所述高K介电层包括钛酸锶钡、钛酸钡和钛酸锶中的至少一种。
20.根据权利要求16所述的光学设备，其中，所述光学透明的顶部电极包含基于Ag纳米线的材料、基于石墨烯的材料以及由原子层沉积制成的超薄金属膜。
21.根据权利要求16所述的光学设备，其中，电相变材料的折射率变化在红外波长光谱处大于0.1。
22.根据权利要求16所述的光学设备，其中，电相变材料的折射率变化在红外波长光谱处大于1。
23.根据权利要求16所述的光学设备，其中，所述电可重构的光学层包含所述相变材料的像素化阵列。
24.根据权利要求21所述的光学设备，其中，所述光学设备被配置为用施加的电场激发所述相变材料的折射率变化大于0.1。
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