纳米空隙的可调双折射制造技术

一种形式双折射光学元件，包括结构化层和设置在该结构化层上的介电环境。结构化层和介电环境中的至少一个包括纳米空隙聚合物，该纳米空隙聚合物在未致动状态下具有第一折射率，并且在致动状态下具有不同于第一折射率的第二折射率。纳米空隙聚合物的致动可用于可逆地控制光学元件的形式双折射。还公开了各种其他装置、系统、材料和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米空隙的可调双折射背景聚合物材料可以被结合到各种不同的光学和电光架构中，包括有源和无源光学器件以及电活性器件。例如，电活性聚合物(EAP)材料在电场的影响下会改变其形状。EAP材料已经被研究用于各种技术，包括致动、传感和能量收集。重量轻且适形的电活性聚合物可被结合到诸如触觉设备的可穿戴设备中，并且是新兴技术的有吸引力的候选物，所述新兴技术包括其中期望舒适的、可调节的形状因子的虚拟现实/增强现实设备。例如，虚拟现实(VR)和增强现实(AR)眼镜(eyewear)设备或头戴装置可以使用户能够体验事件，例如在计算机生成的三维世界模拟中与人的交互或者观看叠加在真实世界视图上的数据。VR/AR眼镜设备和头戴装置也可用于娱乐以外的目的。例如，政府可能使用这种设备进行军事训练，医疗专业人员可能使用这种设备来模拟手术，工程师可能使用这种设备作为设计可视化辅助。这些和其他应用可以利用薄膜聚合物材料的一个或更多个特性，包括它们的电、机械和/或光学特性。尽管最近有所发展，但是提供具有改进属性的聚合物或其他介电材料将是有利的，这些属性包括动态的、可调的光学特性。概述根据本专利技术的第一方面，提供了一种形式双折射(formbirefringent)光学元件，包括：结构化层；和设置在结构化层上的介电环境；其中结构化层和介电环境中的至少一个包括纳米空隙聚合物，该纳米空隙聚合物在未致动状态下具有第一折射率，并且在致动状态下具有不同于第一折射率的第二折射率。如下文将更详细描述的，本公开涉及包括纳米空隙聚合物材料的光学元件和制造包括纳米空隙聚合物材料的光学元件的方法。纳米空隙聚合物材料可包括电活性材料，例如适合在电活性设备中使用的介电弹性体，包括例如聚二甲硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)基聚合物。纳米空隙聚合物材料的致动可用于可逆地控制聚合物基质内纳米空隙的大小和形状，从而改变纳米空隙聚合物的有效折射率。在某些实施例中，一种光学元件可以包括纳米空隙聚合物材料的结构化层。结构化层内纳米空隙聚合物的致动可用于控制光学元件内的一个或更多个层的形式双折射。根据一些实施例，可切换光学元件表现出在其操作期间可被调谐的形式双折射。一种形式双折射光学元件包括结构化层和设置在该结构化层上的介电环境。结构化层和介电环境中的至少一个包括纳米空隙聚合物，该纳米空隙聚合物在未致动状态下具有第一折射率，并且在致动状态下具有不同于第一折射率的第二折射率。纳米空隙聚合物的致动可用于可逆地控制光学元件的双折射。在一些实施例中，结构化层包括在至少一个维度上的周期小于λ/5的光栅，其中是λ入射到光学元件上的光的波长。在一个示例实施例中，结构化层包括纳米空隙聚合物，并且介电环境包括空气。在另一示例实施例中，结构化层包括基本上致密的聚合物，并且介电环境包括纳米空隙聚合物。在替代实施例中，结构化层包括纳米空隙聚合物，并且介电环境包括基本上致密的聚合物。在又一实施例中，结构化层和介电环境各自包括纳米空隙聚合物。在一些实施例中，第一折射率可以等于介电环境的折射率。在一些实施例中，第二折射率可以等于介电环境的折射率。优选地，纳米空隙聚合物被配置成使用施加的电压、机械压力或声波中的至少一种来致动。方便地，光学元件还包括：主电极(primaryelectrode)；和副电极(secondaryelectrode)，其与主电极的至少一部分重叠，其中纳米空隙聚合物(nanovoidedpolymer)设置在主电极和副电极之间并邻接主电极和副电极。优选地，纳米空隙聚合物包括均匀的空隙拓扑(topology)。替代地，纳米空隙聚合物包括非均匀的空隙拓扑。根据本专利技术的另一方面，一种形式双折射光学元件包括结构化层、设置在结构化层上(例如直接设置在结构化层上)的介电环境、主电极和与主电极的至少一部分重叠的副电极。在前述结构中，结构化层和介电环境中的至少一个包括纳米空隙聚合物层，其中该纳米空隙聚合物层设置在主电极和副电极之间并邻接主电极和副电极。优选地，当在主电极和副电极之间施加第一电压时，纳米空隙聚合物层具有第一折射率；并且当在主电极和副电极之间施加不同于第一电压的第二电压时，纳米空隙聚合物层具有不同于第一折射率的第二折射率。方便地，介电环境直接设置在结构化层上。根据本专利技术的另一方面，一种制造形式双折射光学元件的方法包括形成主电极，在主电极上形成结构化层，在结构化层上形成介电层，以及形成副电极。在这样的实施例中，结构化层和介电层中的至少一个可以包括纳米空隙聚合物，使得纳米空隙聚合物设置在主电极和副电极之间并邻接主电极和副电极。在一些实施例中，副电极可以直接形成在结构化层上。在某些实施例中，光可以照射在结构化层上，其中结构化层包括在至少一个维度上的周期小于λ/5的光栅，其中λ是光的波长。在另外的实施例中，可以在主电极和副电极之间施加电压。优选地，结构化层和介电层各自包括纳米空隙聚合物。根据本文描述的一般原理，来自这些或其他实施例中的任何一个的特征可以彼此结合使用。当结合附图和权利要求阅读下面的详细描述时，这些和其他实施例、特征和优点将被更充分地理解。附图简述附图示出了许多示例性实施例，并且是说明书的一部分。这些附图连同下面的描述一起展示并解释了本公开的各种原理。图1是示出根据各种实施例的结构化聚合物层的示意图。图2A是示出根据一些实施例的具有结构化聚合物层的光学元件的示意图，该结构化聚合物层包括纳米空隙聚合物材料。图2B是根据某些实施例的图2A的光学元件在结构化聚合物层的电容致动和压缩之后的示意图，并且示出了穿过光学元件的光的双折射的最终变化。图3A是示出根据一些实施例的光学元件的示意图，该光学元件具有结构化聚合物层和覆盖该结构化聚合物层的介电层，该介电层包括纳米空隙聚合物材料。图3B是根据某些实施例，在上覆的纳米空隙聚合物层被电容致动和压缩之后，图3A的光学元件以及伴随的穿过双折射光学元件的光的变化的示意图。图4A是示出根据一些实施例的光学元件的示意图，该光学元件具有包括纳米空隙聚合物材料的结构化聚合物层和覆盖该结构化聚合物层的致密聚合物层。图4B是示出根据某些实施例，在纳米空隙聚合物材料的结构化层被致动和压缩之后，穿过图4A的双折射光学元件的光的变化的示意图。图5A是根据一些实施例的光学元件的示意图，该光学元件具有包括纳米空隙聚合物材料的结构化聚合物层和覆盖该结构化聚合物层的聚合物层，该聚合物层也包括纳米空隙聚合物材料。图5B是示出了根据一些实施例，在纳米空隙聚合物材料的结构化层被电容致动和压缩之后，穿过图5A的双折射光学元件的光的变化的示意图。图6是示出形成光学元件的示例方法的流程图。在所有附图中，相同的参考符号和描述表示相似但不一定相同的元素。虽然本文描述的示例性实施例易于进行各种修改和替代形式，但是已经通过附图中的示例示出了特定实施例，并且将在本文进行详细描述。然而，本文本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形式双折射光学元件，包括：/n结构化层；和/n介电环境，其设置在所述结构化层上；/n其中，所述结构化层和所述介电环境中的至少一个包括纳米空隙聚合物，所述纳米空隙聚合物在未致动状态下具有第一折射率，并且在致动状态下具有不同于所述第一折射率的第二折射率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181211 US 62/777,825;20190130 US 16/262,4331.一种形式双折射光学元件，包括：
结构化层；和
介电环境，其设置在所述结构化层上；
其中，所述结构化层和所述介电环境中的至少一个包括纳米空隙聚合物，所述纳米空隙聚合物在未致动状态下具有第一折射率，并且在致动状态下具有不同于所述第一折射率的第二折射率。


2.根据权利要求1所述的光学元件，以下中的一项或更多项成立：
a)其中，所述结构化层包括在至少一个维度上具有小于λ/5的周期的光栅，其中λ是入射到所述光学元件上的光的波长；或者
b)其中，所述结构化层包括所述纳米空隙聚合物，并且所述介电环境包括空气；或者
c)其中，所述结构化层包括基本上致密的聚合物，并且所述介电环境包括所述纳米空隙聚合物；或者
d)其中，所述结构化层包括所述纳米空隙聚合物，并且所述介电环境包括基本上致密的聚合物；或者
e)其中，所述结构化层和所述介电环境各自包括所述纳米空隙聚合物。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的光学元件，其中，所述第一折射率等于所述介电环境的折射率。


4.根据任一前述权利要求所述的光学元件，其中，所述第二折射率等于所述介电环境的折射率。


5.根据任一前述权利要求所述的光学元件，其中，所述纳米空隙聚合物被配置为使用施加的电压、机械压力或声波中的至少一种来致动。


6.根据任一前述权利要求所述的光学元件，还包括：
主电极；和
副电极，其与所述主电极的至少一部分重叠，
其中，所述纳米空隙聚合物设置在所述主电极和所述副电极之间并邻接所述主电极和所述副电极。


7.根据任一前述权利要求所述的光学元件，其中，所述纳米空隙聚合物包括均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·约翰·欧德柯克，巴里·大卫·西尔弗斯坦，克里斯托弗·元庭·廖，塔尼娅·马尔霍特拉，肯尼斯·迪斯特，格雷戈里·欧雷格维奇·安德烈耶夫，埃里克·施普顿，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US