柔性可调谐聚焦透镜及其制备方法与流程

1.本发明涉及光学元件制备技术领域，特别是涉及一种柔性可调谐聚焦透镜及其制备方法。


背景技术：

2.在传统的光学器件中，对光波的操纵是通过光线在给定折射率的介质中传播来实现的，振幅、相位和偏振的变化是通过在介质中传播而累积的，相关光学元器件笨重且不易集成。
3.现代化工业小型化集成化的目标促进了微纳光学的诞生与发展。近年来，超表面的蓬勃发展提供了一种突破上述限制的方法。超表面是一种超薄的人造材料，由亚波长尺寸的微纳结构阵列构成。研究表明，亚波长尺寸下，光会和微纳结构作用产生表面等离子激元共振现象，共振波长处伴随一个位相突变。通过调控微纳单元结构的几何形状与参数，透射或者反射光的光学响应可以被精确的操控，在指定波长处产生特殊的位相突变，起到偏折、汇聚、分离光束的目的，为光学位相操控的研究打开了新的大门。但是，在一般情况下，构成超表面的纳米结构一旦被制备出来，便只具备单一的功能，缺乏主动控制的灵活性，极大程度上限制了其在实践中的使用。
4.未来的集成光电子器件需要更多可调控、轻巧且易于集成的光学器件，如何将超表面与可调谐的智能材料相结合，从而创造能够对电磁波进行高效、实时、灵活主动调制的光电元器件一直以来都是各国科学家研究的热点问题。然而，现有制备聚焦透镜的技术需要繁琐的制备过程才能实现，并且需要耗费相当大的技术资源、财力以及时间成本。这在很大程度上制约了聚焦透镜的市场推广和应用。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种具有优良聚焦性能、高调制深度、快响应速度以及低功耗低成本，且易于生产的基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜及其制备方法。
6.为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
7.一种柔性可调谐聚焦透镜，包括若干结构单元形成的阵列，每个所述结构单元包括柔性的第一透明基底以及自下而上依次设于所述柔性的第一透明基底上的透明的底电极、金属功能层、电致变色层、透明的顶电极；所述金属功能层包括若干金属纳米棒周期化排列形成的纳米棒阵列结构，通过所述底电极、所述顶电极对所述电致变色层施加不同电压时，所述电致变色层的折射率和消光系数发生改变。
8.作为其中一种实施方式，所述金属功能层的材质包括金或银，或两者的组合。
9.作为其中一种实施方式，所述柔性可调谐聚焦透镜还包括柔性的第二透明基底，所述第二透明基底覆盖于所述顶电极外表面。
10.作为其中一种实施方式，所述金属功能层中的各纳米棒为沿透镜的周向方向具有
预设旋转角度的长方体，所述结构单元形成的阵列具有多个不同的预设旋转角度。
11.作为其中一种实施方式，各位置处的所述长方体的相位延迟φ(x，y)满足：
[0012][0013]
其中，f指所述柔性可调谐聚焦透镜的焦点到其中心点的焦距，φ(0，0)指所述柔性可调谐聚焦透镜的几何中心位置处所对应的相位，x指长方体对应位置处的x轴坐标，y指长方体结构对应位置处的y轴坐标，λ为入射波长，n为正整数。
[0014]
作为其中一种实施方式，所述电致变色层包覆所述纳米棒的顶面和侧面，并形成于所述底电极表面。
[0015]
作为其中一种实施方式，所述金属功能层中的各纳米棒之间间隔设置，各所述结构单元之间无间隔。
[0016]
本发明的另一目的在于提供一种柔性可调谐聚焦透镜的制备方法，包括：
[0017]
在柔性的第一透明基底上设置透明的底电极；
[0018]
在所述第一透明基底上设置金属功能层，并在所述金属功能层中加工形成金属纳米棒周期化排列的纳米棒阵列结构以形成金属超表面；
[0019]
在所述底电极上设置电致变色层；
[0020]
在所述电致变色层上方设置透明的顶电极。
[0021]
作为其中一种实施方式，所述金属功能层中的各纳米棒为沿透镜的周向方向具有预设旋转角度的长方体，所述结构单元形成的阵列具有多个不同的预设旋转角度。
[0022]
作为其中一种实施方式，各位置处的所述长方体的相位延迟φ(x，y)满足：
[0023][0024]
其中，f指所述柔性可调谐聚焦透镜的焦点到其中心点的焦距，φ(0，0)指所述柔性可调谐聚焦透镜的几何中心位置处所对应的相位，x指长方体对应位置处的x轴坐标，y指长方体结构对应位置处的y轴坐标，λ为入射波长，n为正整数。
[0025]
作为其中一种实施方式，在所述金属功能层中加工形成金属纳米棒周期化排列的纳米棒阵列结构的步骤包括：
[0026]
在所述金属功能层上形成图案化的光刻胶掩模；
[0027]
采用离子束刻蚀技术对所述金属功能层进行刻蚀，形成图案化的所述金属功能层。
[0028]
作为其中一种实施方式，在所述底电极上设置电致变色层的步骤包括：
[0029]
在所述金属超表面上旋涂均匀覆盖所述金属超表面结构并与所述底电极相接触的电致变色材料；
[0030]
在80
°
温度下烘烤60分钟使电致变色材料固化，形成所述电致变色层。
[0031]
本发明提供的基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜只需对器件加载少许电压便能时时动态的切换器件的输出能量，以获得不同亮度的图像，取得了意想不到的技术效果；同时，本发明提供的柔性可调谐聚焦透镜结构简单合理、超薄轻便易集成、低功耗低成本，相对易于制作，其制备方法与现有的半导体制作工艺完全兼容，克服了现有技术需要繁琐的制备过程才能得到可调谐聚焦透镜的缺陷。
第二透明基底；60-离子储存层；70-电解质层。
具体实施方式
[0048]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0049]
实施例1
[0050]
参阅图1，本发明实施例的柔性可调谐聚焦透镜是基于超表面-电致变色材料技术的结构，其包括若干结构单元形成的阵列结构，其中的每个结构单元包括柔性的第一透明基底10以及自下而上依次设于柔性的第一透明基底10上的透明的底电极20a、金属功能层30、电致变色层40、透明的顶电极20b。金属功能层30包括若干金属纳米棒周期化排列形成的纳米棒阵列结构，通过底电极20a、顶电极20b对电致变色层40施加不同电压时，电致变色层40的折射率和消光系数发生改变，即复介电常数发生改变。
[0051]
当电致变色材料被注入或抽取电荷(离子或电子)使其折射率和消光系数发生改变时，入射光进入金属功能层结构激发表面等离子体，产生共振。此时电致变色起到调制共振特性的作用。电致变色复材料的介电常数随着电压的变化而改变，导致共振的频率改变，从而改变振幅和相位。根据金属聚焦超构透镜的工作原理，焦距仅由整个超表面阵列的相对相位分布确定。当电致变色材料从透明态变为着色态时，会发生相位分布的平行移动，而相对相位分布保持不变。但透射振幅会因为金属与材料间的共振吸收的变化和变化，因此，可以在不改变焦距的情况下通过电压容易地调制透射光的聚焦强度，最终起到调节成像亮度的效果。
[0052]
在柔性可调谐聚焦透镜的顶部，还可以包括柔性的第二透明基底50，第二透明基底50覆盖于顶电极20b外表面，这样，第一透明基底10、第二透明基底50分别设于底电极20a、顶电极20b的外表面，可以对透镜内部的结构起到保护的作用，又可以供光线透过。
[0053]
除了上述已提及的结构层，结合图1和图3所示，本实施例的柔性可调谐聚焦透镜还可包括离子储存层60和电解质层70，顶电极20b覆设于离子储存层60上，电解质层70设置在电致变色层40上，为离子的输运提供通道，离子储存层60设置在电解质层70上，用于储存所需离子。第一透明基底10、底电极20a、金属功能层30、电致变色层40、电解质层70、离子储存层60、透明的顶电极20b、第二透明基底50自下而上依次层叠地设置。
[0054]
其中，优选地，第一透明基底10的材质包括聚对苯二甲酸类塑料(pet)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚酰亚胺(pi)中的任意一种或两种或两种以上的组合，其厚度为2μm～125μm。例如，第一透明基底10可由聚对苯二甲酸类塑料构成。
[0055]
优选地，底电极20a的材质包括氧化铟锡(ito)、氧化锌(zno)、银丝墨、单层石墨烯中的任意一种或两种或两种以上的组合，其厚度h1为50nm～190nm，最好是130nm～160nm。
[0056]
优选地，金属功能层30的材质为金、银等易于激发表面等离子体激元的材料的一种或两种的组合，其厚度h2为60nm～100nm，最好是70nm～90nm。由于金的制作工艺较为成熟，而且性能稳定，不易被腐蚀氧化，器件寿命长久，因此金属功能层30的材质最好是金。
[0057]
优选地，电致变色层40的材质包括聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)，其厚度h3为0.6μm～1.2μm。例如，电致变色层40由连续的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)薄膜构
成。
[0058]
优选地，电解质层70的材质为聚丙烯酸酯，其厚度h4为40～80μm。离子储存层60的材质为氟化锂，其厚度h5为1～2μm。顶电极20b的厚度h6为50nm～190nm，最好是130nm～160nm。底电极20a、顶电极20b的材质可以相同，均为氧化铟锡(ito)。
[0059]
本实施例中优选地，每个结构单元的金属功能层30中的各纳米棒为沿透镜的周向方向具有预设旋转角度的长方体，结构单元形成的阵列具有多个不同的预设旋转角度，纳米棒结构阵列嵌于电致变色层40中。
[0060]
如图2，纳米棒阵列结构中有一定旋转角度的长方体纳米棒的长度与宽度均小于其所在的结构单元的周期。这里，定义“周期”所指代的是多个结构周期性地相邻排布时，沿排布方向上的每个结构的尺寸。优选每个结构单元相同，每个结构单元紧密连接，即各结构单元之间无间隔，但金属功能层30中的各纳米棒之间具有间隔，该结构单元的周期即为结构单元对应的长度和宽度。在具体实施方式中，每个结构单元包含中间的金属纳米棒以及其上下层的多层膜结构(即，第一透明基底10、底电极20a、金属功能层30、电致变色层40、电解质层70、离子储存层60、顶电极20b、第二透明基底50)。纳米棒阵列结构中具有旋转角度的长方体的长度与宽度均小于其所在的结构单元的周期，即，长方体纳米棒完全位于结构单元内，不超出结构单元的边界。
[0061]
优选地，这些多层膜结构为长和宽都相等的正方形，彼此间没有间隔而相互连接，而金属纳米棒在排布方向上均在结构单元正中心，其中，纳米棒之间的距离与结构单元的周期和纳米棒自身长度与旋转角度有关。这里，每个结构单元的周期为300nm～340nm，优选地，各层正方形膜结构的边长为320nm，则每个结构单元的周期是320nm，针对不同波长，通过改变长方体纳米棒的边长，即可获得良好的聚焦功能，长方体的长度l为240nm～280nm(优选240nm～250nm)，宽度w为80nm～120nm，中心旋转角度在0～180
°
进行变化，长方体的高度为60nm～100nm。这组优化参数，可以使结构达到可调节性最好、聚焦性能较好的优点。
[0062]
图5是本发明实施例1的柔性可调谐聚焦透镜的结构单元中的俯视状态的长方体的旋转状态示意图。
[0063]
如图2～5所示，纳米棒之间的距离d为结构单元的周期p减去纳米棒的长度l与其旋转角纳米棒之间的的余弦值的乘积，即：d＝p-l*cos(θ)。
[0064]
从图4可以看出本实施例的纳米棒阵列方式具有一定规律，纳米棒结构的旋转角度θ与其对应位置处的相位延迟φ(x，y)满足预设条件，该预设条件与每个纳米棒结构的相位延迟直接相关。具体地，各位置处的长方体的相位延迟φ(x，y)满足：
[0065][0066]
其中，f指柔性可调谐聚焦透镜的焦点到其中心点的焦距，φ(0，0)指柔性可调谐聚焦透镜的几何中心位置处所对应的相位(单位：弧度)，x指长方体对应位置处的x轴坐标(单位：um)，y指长方体结构对应位置处的y轴坐标(单位：um)，λ为入射波长(单位：um)，n为正整数。
[0067]
纳米棒结构阵列嵌于电致变色层40中，具体是电致变色层40包覆纳米棒的顶面和侧面，并形成于底电极20a表面。
[0068]
柔性可调谐聚焦透镜包括多个结构单元，每个结构单元即一个器件，电致变色层
40在交替的高低或正负外电场的作用下，通过注入或抽取电荷(离子或电子)，改变电致变色材料的折射率和消光系数，即改变其复介电常数，从而在低透射率的着色状态和高透射率的消色状态之间产生可逆变化，在外观性能上表现为颜色及透度的可逆变化，具有反应速度快、连续可调谐、低功耗以及开路记忆特性等优良性质。
[0069]
如图6～13，在本发明实施例中，利用椭偏仪测出了该电致变色材料在可见光波段的折射率和消光系数曲线。
[0070]
图6为本发明实施例的柔性可调谐聚焦透镜的电致变色材料在可见光波段的透射率曲线，其利用紫外分光光度计测量得到，图中灰色曲线为电致变色材料在透明状态下的透射率，黑色曲线为电致变色材料在着色状态下的透射率；
[0071]
图7为本发明实施例的柔性可调谐聚焦透镜的电致变色材料在可见光波段的折射率曲线，其使用j.a.woollam m-2000变角度椭偏仪测量，并使用wvase32软件拟合计算得到，图中灰色虚线为电致变色材料在透明状态下的折射率，黑色实线为电致变色材料在着色状态下的折射率；
[0072]
图8为本发明实施例的柔性可调谐聚焦透镜的电致变色材料在可见光波段的消光系数曲线，其使用j.a.woollam m-2000变角度椭偏仪测量，并使用wvase32软件拟合计算得到，图中灰色虚线为电致变色材料在透明状态下的消光系数，黑色实线为电致变色材料在着色状态下的消光系数；
[0073]
图9为本发明实施例的波长为632.8纳米的单一左旋圆偏振平面光由透镜正下方垂直入射时，在不同的电致变色材料状态下，透射光的透射相位随金属纳米棒的旋转角度变化曲线图，图中灰色虚线为电致变色材料在透明状态下的透射相位，黑色实线为电致变色材料在着色状态下的透射相位；
[0074]
图10为本发明实施例的波长为632.8纳米的单一左旋圆偏振平面光由透镜正下方垂直入射时，在不同的电致变色材料状态下，透射光的透射振幅随金属纳米棒的旋转角度变化曲线图，图中灰色虚线为电致变色材料在透明状态下的透射振幅，黑色实线为电致变色材料在着色状态下的透射振幅；
[0075]
图11为本发明实施例的波长为632.8纳米的单一左旋圆偏振平面光由透镜正下方垂直入射时，当电致变色材料处于透明态时，即该可调谐聚焦透镜处于“强”状态时，金属纳米棒超表面的表面散射光的ey电场强度分布图；从电场强度的分布可以看出，不同金纳米棒对透射光的相位和振幅进行调制，通过将经过设计的金纳米棒公式所述排列方式进行阵列化排布，可以使透射光获得特殊的发射角度，最终形成聚焦效果，且电致变色材料和结构对入射的吸收损耗和反射损耗相对较弱，最终能够获得能量较强的聚焦。
[0076]
图12为本发明实施例的波长为632.8纳米的单一左旋圆偏振平面光由透镜正下方垂直入射时，当电致变色材料处于着色态时，即该可调谐聚焦透镜处于“弱”状态时，金属纳米棒超表面的表面散射光的ey电场强度分布图。从电场强度的分布可以看出，不同金纳米棒对透射光的相位和振幅进行调制，通过将经过设计的金纳米棒公式所述排列方式进行阵列化排布，可以使透射光获得特殊的发射角度，最终仍能形成良好的聚焦效果，但此时电致变色材料和金属结构对入射光产生了极强的共振和吸收损耗，大大降低了透射光的能量，最终只能够获得较弱能量的聚焦。
[0077]
图13为本发明实施例的波长为632.8纳米的单一左旋圆偏振平面光由透镜正下方
垂直入射时，当电致变色材料分别处于着色态(灰色线)和透明态(黑色线)时，透射光束远场辐射的x-z切割归一化能量分布曲线。
[0078]
通过利用fdtd solution(canada)软件来模拟计算光场的相位和振幅的曲线图，选用3d模式搭建结构，在水平方向上设置周期性边界条件。在垂直方向由于多种介质存在，边界条件利用完美匹配层，模拟光源为平面波，模拟光源设置在基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜底部正下方，其波长为632.8nm。针对632.8nm波长的柔性可调谐聚焦透镜结构优化和性能分析，当λ0＝632.8nm时：p＝320nm，h1＝185nm，h2＝80nm，h3＝1μm，h4＝80μm，h5＝1μm，h6＝185nm，l＝260nm，w＝100nm。圆偏振的平面波垂直入射至金纳米棒单元下表面，改变金纳米棒的旋转角度的同时对透射相位和振幅进行扫描，当电致变色材料处于透明态时，随着金纳米棒的旋转角度的变化，光透射相位发生梯度变化，且透射相位的变化为旋转角度的两倍，这意味着只要将纳米柱旋转180度便可获得透射相位成360度的分布，与此同时，在纳米棒旋转时，其具有较高的透射振幅且基本保持不变，当电致变色材料处于着色态时，随着金纳米棒的旋转角度的变化，光透射相位同样发生梯度变化，与透明态相比，透射相位均增大，且增大的值基本一样，于此同时，透射振幅大幅度减小，只能获得较小的透射振幅。
[0079]
根据各图中所示的相位响应曲线，在这种情况下，不论在电致变色材料处于透明还是着色状态下，通过改变长方体的旋转角度都可以获得接近360
°
的透射相位分布。按照预设条件，根据之前所述公式对具有不同旋转角度的金纳米棒进行周期化的排列，即可得到具有聚焦功能的透镜。
[0080]
在结构单元中，电致变色层40设置于于透明的底电极20a上方，并覆盖金属纳米棒阵列结构的上表面和侧面，当对器件加载负向(-2.3v)电压时，储存在离子储存层60中的离子将通过电解质层70的通道向电致变色层40方向进行输运，并注入到电致变色层40中，此时，电致变色材料会与离子发生化学反应，成着色态，折射率为1.437，消光系数为0.101；当对器件加载正向(2.5v)电压时，电致变色材料中的离子将被抽取，通过电解质层70的通道向电致变色层40方向进行输运，并回到离子储存层60中，此时，电致变色材料也会发生相应化学反应，呈透明态，折射率为1.412，消光系数为0.018。由此，当电致变色材料注入或抽取电荷(离子或电子)使其折射率和消光系数发生改变(即复介电常数改变)时，入射光进入金属结构激发表面等离子体，产生共振。此时电致变色起到调制共振特性的作用。电致变色复材料介电常数随着电压的变化而改变，导致共振的频率改变，从而改变振幅和相位。根据金属聚焦超构透镜的工作原理，焦距仅由整个超表面阵列的相对相位分布确定，当电致变色材料从透明态变为着色态时，会发生相位分布的平行移动，而相对相位分布保持不变。但透射振幅会因为金属与材料间的共振吸收的变化和变化，因此，可以在不改变焦距的情况下通过电压容易地调制透射光的聚焦强度，最终起到调节成像亮度的效果。
[0081]
因此，将旋转角度成0～180
°
分布的金纳米棒按公式所述的排列方式覆盖在透明的底电极20a上，再将电致变色层40覆盖在超表面结构上，再依次将电解质层70、离子储存层60、顶电极20b和第二透明基底50覆盖在电致变色材料上，通过加载电压调节电致变色材料使其处于透明态时，器件具有良好的聚焦功能，且可以获得较强的聚焦能量，而调节电致变色材料使其处于着色态时，器件仍具有聚焦功能，但只能获得较弱的聚焦能量，从而获得了性能良好的振幅可调谐聚焦透镜。
[0082]
经过分析发现，当电致变色材料发生变色特性时，其折射率和消光系数也随之改变，即其介电性质发生变化。而当纳米结构周围环境的介电性质发生变化时，其共振频率将发生迁移。利用该特性，本发明实施例将超表面结构与电致变色材料相结合设计了基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜。从而使本发明实施例的柔性可调谐聚焦透镜具有如下特点：
[0083]
(1)与纯电致变色材料结构的元器件不同，本发明实施例的柔性可调谐聚焦透镜利用其折射率和消光系数能够被电压调控的性质，并与由金属纳米结构组成的超表面相结合，对入射可见光进行实时动态调控；
[0084]
(2)本发明的器件在理论和实验上更容易实现(无需在电致变色材料上面做结构)，同时更具备电压调控的可操作性。
[0085]
通过上述实施例可以发现，本发明的基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜可根据结构参数进行调制工作波段。本发明提供的基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜具有优良的电调控性能，一束由两个振幅相同、偏振方向分别沿x、y方向且相位差90
°
的线偏振光合成的圆偏振可见光(632.8nm)从器件底部正下方垂直入射到该柔性可调谐聚焦透镜，在该结构上加载电压，当调节电压使得电致变色材料的折射率n＝1.412，消光系数k＝0.018时，该聚焦透镜处于“强”状态，显示良好的聚焦性能，能够将正常入射的椭圆偏振可见光进行聚焦，且透过能量较强；当调节电压使得电致变色材料的折射率n＝1.437，消光系数k＝0.101时，该聚焦透镜处于“弱”状态，还可以显示良好的聚焦性能，但透射出的能量大大降低。这意味着只需对器件加载少许电压便能时时动态的切换器件的输出能量，以获得不同亮度的图像，取得了意想不到的技术效果，且当其他参数固定不变时，透射光的相位和振幅会随金属纳米棒的旋转角度的变化而变化，但光的频率不发生改变；同时，本发明提供的基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜结构简单合理，超薄轻便易集成，低功耗低成本，相对易于制作，制备方法与现有的半导体制作工艺完全兼容；克服了现有技术需要繁琐的制备过程才能得到可调谐聚焦透镜的缺陷。
[0086]
周期化排列的纳米棒阵列结构通过刻蚀形成在金属功能层30中，在刻蚀的过程中需要保证狭缝刻穿金属层，且不能损伤设置在金属功能层30下方的透明的底电极20a。在具体实施过程中，该柔性可调谐聚焦透镜结构参数对应的工作波段为可见光波段，具体的工作波段可根据结构参数的选取进行调制。
[0087]
实施例2
[0088]
如图14所示，本发明还提供了一种实施例1的基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜的制备方法，包括如下步骤：
[0089]
s01、在柔性的第一透明基底10上设置透明的底电极20a。
[0090]
具体地，可采用光学镀膜技术在第一透明基底10上形成底电极20a，或者，也可以采用磁控溅射镀膜技术在第一透明基底10上形成底电极20a。这里，优选根据工作波长的范围镀连续的氧化铟锡薄膜。
[0091]
其中，所采用的第一透明基底10的材料最好是事先进行清洗去除表面的脏点和油污，从而使第一透明基底10表面具有较好的清洁度以及粘附力；
[0092]
s02、在第一透明基底10上设置金属功能层30，并在金属功能层30中加工形成金属纳米棒周期化排列的纳米棒阵列结构以形成金属超表面。
[0093]
在具体实施例中，金属功能层30可以采用电子束蒸发镀膜技术在第一透明基底10上形成。
[0094]
在金属功能层30中加工形成金属纳米棒周期化排列的纳米棒阵列结构的步骤可以包括：
[0095]
在金属功能层30上涂覆(例如，旋涂法)光刻胶，并采用电子束曝光技术刻出周期性纳米棒阵列对应图案的光刻胶结构，形成图案化的光刻胶掩模；
[0096]
采用离子束刻蚀技术对金属功能层30进行刻蚀，使其图案化，去除残留于金属功能层30上的光刻胶，形成图案化的金属功能层30，即制作出周期化梯度排列的纳米棒阵列结构。光刻胶的去除可以通过将刻蚀过的样品放入盛有丙酮的烧杯中，超声去除残余光刻胶得到金属超表面结构。
[0097]
s03、在底电极20a上设置电致变色层40。
[0098]
该步骤具体是使电致变色层40同时包覆金属纳米结构的侧面和顶面，包括：
[0099]
在金属超表面上旋涂均匀覆盖金属超表面结构并与底电极20a相接触的电致变色材料；
[0100]
在80
°
温度下烘烤60分钟使电致变色材料固化，形成电致变色层40。
[0101]
在底电极20a上设置电致变色层40后，在电致变色层40上方形成透明的顶电极20b，具体包括：
[0102]
s04、在电致变色层40上设置电解质层70。
[0103]
在具体实施例中，可以在固化后的电致变色层40上利用印刷(如刮涂)的技术形成电解质层70。
[0104]
s05、在电解质层70上设置离子储存层60。
[0105]
在具体实施例中，也可以利用制作电解质层70的步骤相同的方式，在电解质层70上利用印刷(如刮涂)技术形成离子储存层60。
[0106]
s06、在离子储存层60上设置透明的顶电极20b和柔性的第二透明基底50，将镀有透明的顶电极20b的第二透明基底50置于离子储存层60上，将顶电极20b与离子储存层60相贴合，形成可调谐聚焦透镜。
[0107]
其中，金属功能层30中的各纳米棒为沿透镜的周向方向具有预设旋转角度的长方体，结构单元形成的阵列具有多个不同的预设旋转角度。
[0108]
纳米棒结构的旋转角度θ与其对应位置处的相位延迟φ(x，y)满足预设条件，该预设条件与每个纳米棒结构的相位延迟直接相关。具体地，各位置处的长方体的相位延迟φ(x，y)满足：
[0109][0110]
其中，f指柔性可调谐聚焦透镜的焦点到其中心点的焦距，φ(0，0)指柔性可调谐聚焦透镜的几何中心位置处所对应的相位，x指长方体对应位置处的x轴坐标，y指长方体结构对应位置处的y轴坐标，λ为入射波长，n为正整数。
[0111]
在更为具体的实施方案中，该制备方法具体可包括：
[0112]
首先，使用光学镀膜技术在第一透明基底10上形成底电极20a，采用电子束蒸发镀膜技术在第一透明基底10上形成金属功能层30，然后在金属功能层30上涂敷一层光刻胶，
利用电子束曝光技术刻出纳米棒按照相位延迟φ(x，y)的公式定义的位置周期化梯度排列的阵列光刻胶结构，再使用离子束刻蚀工艺对功能金属层30进行刻蚀，使其图案化，接着去除残余光刻胶得到金属超表面结构，之后在加工好的金属超表面上旋涂电致变色层40，使其均匀覆盖超表面结构并与透明的底电极20a相接触，在80
°
温度下烘烤60分钟使其固化，再在固化后的电致变色层40上利用印刷(如刮涂)技术形成电解质层70，再在电解质层70上利用印刷(如刮涂)技术形成离子储存层60，最后将镀有透明的顶电极20b的第二透明基底50置于离子储存层60上，将顶电极20b与离子储存层60相贴合，形成基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜。
[0113]
在上述技术方案中，可以采用电子束直接曝光并显影，然后用离子束刻蚀技术刻蚀光刻胶，利用丙酮去除残余光刻胶。
[0114]
通过采用上述的制备方法，本发明的制备方法原料来源广、制备简易，相比现有技术财力、时间成本更低，并且性能优异，在光学通信系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中，具有很大的应用价值。
[0115]
实施例3
[0116]
本实施例提供了一种如前所述的基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜在制备光学通信系统、纳米光子器件或集成光学系统中的应用。该柔性可调谐聚焦透镜具有结构简单、灵活调控、超薄轻便易集成、低功耗低成本、相对易于制作的特点，在光学通信系统、便携式摄影设备、微成像系统以及集成光学系统中具有很大的应用价值。
[0117]
综上所述，本发明的柔性可调谐聚焦透镜及其制备方法具有如下优点：
[0118]
1)本发明提供的基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜具有优良的分束性能和优良的电调控性能，通过在该结构上加载电压，当调节电压使得电致变色材料的折射率和消光系数为：折射率n＝1.412，消光系数k＝0.018时，该聚焦透镜处于“强”状态，显示良好的聚焦性能，能够将正常入射的椭圆偏振可见光进行聚焦，且透过能量较强。当调节电压使得电致变色材料的折射率和消光系数为：折射率n＝1.437，消光系数k＝0.101时，该聚焦透镜处于“弱”状态，还可以显示良好的聚焦性能，但透射出的能量大大降低。只需对器件加载少许电压便能时时动态的切换器件的输出能量，以获得不同亮度的图像，取得了意想不到的技术效果。
[0119]
2)本发明提供的基于超表面-电致变色材料的柔性可调谐聚焦透镜的结构简单合理，与纯电致变色材料或者超表面的元器件不同，该器件利用了电致变色材料复折射率，即复介电常数能够被电压调控的性质，由于无需在电致变色材料上面做结构，在理论和实验上更容易实现，超薄轻便易集成且低功耗低成本，相对易于制作，制备方法与现有的半导体制作工艺完全兼容，克服了现有技术需要繁琐的制备过程才能得到聚焦透镜的缺陷，同时更具备电压调控的可操作性。
[0120]
3)本发明的制备方法原料来源广、制备简易，相比现有技术财力、时间成本更低，并且性能优异，在光学通信系统、先进的纳米光子器件以及集成光学系统中具有很大的应用价值。
[0121]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。