אפשרויות להתאמה אופטית עבור בקרת אור דינמי

הבא הפוסט הבא בניהול האור

ציפוי אופטי כבר זמן רב אבן הפינה של פוטוניקה המודרנית, מן השכבות האנטי-reflective על עדשות מצלמה מראות השתקפות גבוהה בקביעות לייזר, אבל כמעט כל הציפויים הקונבנציונליים הם סטטיים: פעם מופקדים, התכונות שלהם קבועות עבור חיי המכשיר.שינוי משבש הוא בדרך, עם זאת, עם הופעת ציפוי אופטי אדפטי - פילם-סרט שיכול לשנות באופן דינמי עם יכולת חדשה, לא פשוטה, הם מייצגים רק שיפור זמני, אלא רק על פני יכולת שליטה חיצונית, אלא רק על פני זמן, אלא רק על פני זמן קצר, אלא גם תכונות, רק על פני זמן, אלא גם תכונות מתקדמות, אלא גם תכונות אלה.

ההשלכות הן עמוקות.דמיין חלון בניין שמתגמל באופן אוטומטי מלהיות ברור לצוף השמש מטפס, צמצום עומס מזג האוויר ללא כל עיוור מכני.דמיין טלסקופ המפצה על עיוות אטמוספירי לא על ידי דהור המראה שלו, אלא על ידי התאמת הציפוי על עדשות סטטיות.או לשקול פאנל סולארי שמכוון את הספקטרום שלו כדי להתאים את הזווית המשתנה ואת עוצמת השמש לאורך כל היום, מאפשר את הציפוי הזה, כדי לשנות את החומרים האלה, כדי לשנות את המציאות, כדי לשנות את הציפוי, כך, כך, כך, כך, כך, זה, כדי לשנות את הציפוי, זה, זה, זה, כדי לשנות את הציפוי, כדי לשנות את הציפוי, כדי לשנות את הציפוי של המציאות, כך, כך, כדי לשנות את הציפוי, כדי לשנות את הציפוי של המציאות, זה, כך, כך, כך, כך, כדי לשנות את הציפוי, כך, כדי לשנות את הציפוי, זה, זה, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כדי לשנות את הציפוי, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, זה, כך, כך, כך, כך,

מה הם אופטיקאים אופטיים?

ציפוי אופטי מתאים הוא ערימה של סרט דק - באופן קטי כמה ננומטרים עד כמה מיקרומטר עבה - אשר תכונות אופטיות ניתן לעבור או מאופק על ידי גורם חיצוני. בניגוד דיאלקטרי מסורתי או ציפוי מתכתי, אשר מונדסים במהלך ייצור ולאחר מכן נעול, ציפויים הסתגלות משלבים חומרים העוברים שינוי הפיכה במצב האלקטרוני או המבני שלהם כאשר הם מעוררים שינוי ישיר עם ציפויים אינטראקציה עם אור.

הגירויים הנפוצים ביותר המשמשים להפעלת הציפויים הללו הם FLT:0electricitiesitiesFLT:1, מחזורי FLT:2temperature שינויים FLT 3, ו-FLT:4 אור של אורכי גל ספציפי:5 מעברים פחות נפוץ אחרים כוללים זנים מכניים, מגנטיים וחשיפה כימית.

טווח השינויים האופטיים האפשריים הוא רחב.חלק מהציפויים עוברים בין מדינות שקופות ואופורות (חלונות אלקטרוניים) אחרים משנים את הצבע שהם משקפים (אלקטרונים בתצוגה) אך אחרים משנים את השלב של אור המועבר, המאפשרים שליטה גלנט דינמי עבור אופטיקה אדפטיבית.

משפחות חומריות להתאמה

מספר שיעורים של חומרים גיבונאליים מועסקים, כל אחד עם מנגנונים נפרדים ומאפיינים ביצועים.

• (FLT:0) גבישים נוזליים (LCs): ניב 1 (NmaticFalLT) גבישים נוזליים ו cholesteric שימשו במשך עשרות שנים בתצוגות.בציפויים אדפטיים, הם לעתים קרובות מוגבלים בשכבות דקות בין שכבות ואלקטרודות.שדה חשמלי יישומי אמיתי ממולקולות ה-LC, שינוי השבר היעיל ובכך לשקף את הגמישות (במיוחד עבור choleicicials) או ציפויים רגישים למתחים של משקעים של משקעים של מקיפים (אך) הם בדרך כלל ציפויים).
• (FLT:0) חומרים חשמליים: FLT:1 (הקליטה אופטית) כאשר פוטנציאל חשמלי מוחל. Tungsten trioxide (WO3) הוא הדוגמה הקלאסית: במצב מופחת שלו הוא סופג חזק בקליטת גלויה וקרובה, בעוד במצב מחומצן הוא שקוף.
• חומרים כגון:0 [Phase-change Materials (PCMs): irFLT:1 חומרים כגון גרמניה-antimony-antimony-tellurium (GST) ⁇ s יכולים לעבור בין שלבים amorphous ו גבישיים על ידי הדופק תרמי (או חשמל) שני השלבים יש אור אדום-אדום חומרים ואפקטי הכחדה, המאפשר ניגוד אופטי גדול לא ניתן לדגמי (אופטיים) הם במהירות מיקרו-שנית עבור מטבולית (מחדשתיקים).
• (FLT:0)Perovskites והלייד ננוקריסטל: FLT:1 חומרי קידש כגון halide perovskites (למשל, CsPbBr3) להציג photochromism (צבע שינוי תחת אור) או אלקטרוצ'רום.
• (FLT:0 Magnetoפוטניקה ומחומרים מכניים:FLT:1 פחות נפוץ אבל עניין עבור יישומים נישה: גרנט מגנטי יכול לשנות את הסיבוב הקיטוב (אפקט יום) ופולימרים אלסטיים עם גבישים פוטוניים משובצים צבע כאשר מתוח.

איך בוחרים אופטיים מתאימים לעבוד?

כדי להבין את הפעולה של ציפויים הסתגלותיים, יש לשקול הן את התגובה החומרית ואת עיצוב ההתערבות האופטית.רוב ציפויים הסתגלות מעשי הם לא רק שכבות אבל ערימות מרובות-שכבות המנצלות את השפעות ההתערבות כדי להגביר את השינוי שנגרם על ידי החומר הפעיל.

עיצוב ציפוי אופייני עשוי להיראות כך: אלקטרודה מעוותת שקוף (למשל, תת-חמצני tin tin tin tin tin , ITO) שהופקד על זכוכית, ואחריו שכבת אלקטרו-כרומוזומית, ion-conducting אלקטרוליטטה, ערימה של ion-storage וכתוצאה מכך אלקטרודה שקוף אחר. כאשר מתח מוחל, ions (lyl Lipactive או H+) משכבה אלקטרוליטית מורכבת של החמצן, ובכך שינוי האלקטרודנציה רחבה של האלקטרוד.

עבור ציפויים מבוססי נוזלי, העיקרון הוא שונה. שכבת ה-LC הוא הכריך בין שכבות היישור לבין אלקטרודות.במצב כבוי, המולקולות יכולות להיות מתואמים בתצורה של תוכנית (או מעוות), לייצר דו-פרזה מסוימת. כאשר שדה חשמלי מוחל, המולקולות המתאימות למצע, הפחתת ההשפעה האפקטיבי של ה-Crence (מתאים גם למשטח) על פני שדה ריבועי (Creditated) יכול להיות משקף את הציפוי) על ידי ריבוע (מתאים) על ידי ריבוע (מסוגר (מסוגר (מסוגר) על ידי ריבוע) יכול גם על ידי ריבוע) יכול גם על ידי ריבוע).

חומרי שינוי שלב פועלים באמצעות מעבר מבני.במצב המחריד, GST יש להקות גבוהות וקליטה נמוכה; במצב קריסטל, יש לו אופי מתכתי עם ספיגה גבוהה ואינדקס רפלקטיבי גבוה.זה שינוי דרמטי מנוצל בציפויים עבור metasurfaces חד-משמעי, שבו פיקסלים PCM בגודל תת-מיקרו-מיקרוניים מחוממים על ידי לייזר או דו"מים עכשוויים כדי לפילטרים אופטיים או לפילטרים.

ביצועי מפתח

כאשר בוחנים ציפוי אופטי מתאים, מהנדסים לשקול כמה פרמטרים:

• (ב) ניגודיות:0 (Optical ניגוד: 1) יחס השידור (או השתקפות) בין שתי המדינות הקיצוניות, אשר לעיתים קרובות התבטאו ב-DB עבור פולשים.
• (ב) ⁇ :0) מהירות המכשיפה: 1FLT 1 הזמן לעבור ממדינה אחת לאחרת. טווחים ממילימטרים (electrochromic) לנונו-שניים (שינוי פאזה).
• (FLT:0) יציבות דיגיטלית: FLT:1אנדרה מספר מחזורי מתג לפני ההידרדרות בביצועים. גבישים נוזליים יכולים להימשך >106 מחזורים; מכשירים אלקטרו-כרומוזומיים בדרך כלל >105; מחשבים אישיים יכולים להתפרץ לאחר -106 מחזורים.
• (FLT:0) צריכת חשמל: ⁇ FLT:1 ונדרש כיום התקנים אלקטרו-כרומטיים לצרוך חשמל רק במהלך המעבר; PCMs דורשים דופק חום; גבישים נוזליים זקוקים לשדה קבוע כדי להחזיק מעמד.
• טווח הטמפרטורה:0 (Operating טמפרטורה טווח:FLT:1ir) כמה LC תערובת להקפיא בטמפרטורות נמוכות; ניידות אלקטרו-כרומטית טיפות; מהירות התגבשות מחשבתית מאטה.

יישומים והטבות: היכן מתאים מקלות שין

היכולת הייחודית לשלוט באור באופן דינמי פותחת מערך רחב של יישומים.כאן אנו בודקים את המקרים המתקדמים והבטיחים ביותר.

חלונות חכמים ולבניית אנרגיה

חלונות אלקטרו-כרומטיים כבר זמינים מסחרית מחברות כמו View, Inc. ו- סייג'לס.חלונות אלה כהים כאשר מתח קטן מוחל, צמצום רווח חום השמש וזוהר. בהשוואה לעיוורים מכניים, הם מציעים תצוגה חלקה, תחזוקה נמוכה יותר, וניתן לשלב עם מערכות ניהול בנייה כדי להתאים את פרויקט האנרגיה.FLT:0Studies מראה כי חלונות אלקטרו-romicir יכולים להפחית את צריכת האנרגיה של 202F223.

המחקר דוחף כעת לציפוי פס כפול, אשר שולטים באופן עצמאי גלוי וסגור שידור, ומאפשרים תאורה מקסימלית תוך חסימת רווח חום. PCM מבוסס ציפויים נבדקים גם עבור חלונות תרמוכרומטיים שמתגמלים באופן פסיבי עם טמפרטורה, הדורשים לא חיוט חשמלי.

אופטיקה מתאימה לאסטרונומיה ול-LIDAR

למערכות אופטיות הסתגלותיות באופן מסורתי להשתמש מראות חד-משמעיים כדי לפצות על זעזוע אטמוספירי.עם זאת, מראות מכניים אלה הם רב-תכליתי, יקר, ומוגבלים בהחלטה מרחבית.ציפויים הסתגלות מציעים נתיב לעבר תיקון גל-מחדש קל יותר (Fancy) מהיר יותר של טלסקופ אלקטרונים-מסלולים (אך) הם כבר יכולים לגרום נזקי טווח של רזולוציה אלקטרו-מרחבית או נוזלית מוגבלת יותר (prelimate) אך ורק לאחר מכן הם יכולים להיות פעילים יותר ממטרים (אך) של מערכות אלקטרו-מסלולאריות (אך ורק יותר ממריצים שונים של מערכת הפעלה מוגבלת יותר ממטרים).

ב LIDAR, ציפויים אדפטיים יכולים לאפשר הדבקה של מדינת מוצק ללא חלקים נעים. על ידי אופטימיזציה של פרופיל שלב ⁇ על פני ציפוי (או metasurface), ניתן לנווט קרן לייזר בזמן אמת.יש לכך יישומים בכלי רכב אוטונומיים, רובוטיקה, ואווירה אטמוספרית חישה.

פילטרים אופטיים דינמיים בתלקומוניקציה

ברשתות סיבים אופטיים, מסננים דינמיים הם חיוניים עבור מרובותxing, תקשור שווה, ולהשיג ציפוי הסתגלות יכול ליצור את הבסיס של מסנן אופטי טונובל, שבו אורך גל עובר משתנה על ידי יישום מתח או שינוי טמפרטורה. אלקטרוכרומטי ונוזל-קריסטל פאבריות הם שני ארכיטקטורות נפוצות.

משתנים אופטיים משתנים (VOAs) הם מרכיב מרכזי נוסף.על ידי שימוש בציפוי אלקטרו-כרומי אשר ספיגה שלו עולה עם מתח יישומי, VOA יכול להיות קומפקטי ומהיר. PCM מבוסס VOAs להראות הבטחה עבור יישומים בעלי עוצמה גבוהה כי הם יכולים להתמודד עם אינטנסיביות אופטית גבוהה יותר מאשר גבישים נוזליים.

אנרגיה סולארית מושכת ורדיטיבית מגניבה

לוחות סולאריים פועלים ביעילות רבה כאשר הם סופגים אור ב-Sgap של המוליכים למחצה. עם זאת, ספקטרום השמש משתנה עם זמן של יום ותנאים אטמוספריים. ציפויים הסתגלותיים יכולים לכוון את ספקטרום הקליטה של תא סולארי כדי להתאים את הספקטרום, להגביר את היעילות. לדוגמה, ציפוי תא סיליקון עם שכבה אלקטרו-כרומוזומית המנטרת את מצב האנטי-re יכול לשפר את האנרגיה בזווית של אובלי.

לעומת זאת, מבנים קירור קורנטיביים הנפלטים חום לשמים הקרים יכולים ליהנות מציפויים הסתגלותיים המתגבים בין מצבי קירור וחום בהתאם לטמפרטורה מכוננת. חוקרים בסטנפורד הראו ציפוי גג "מתוקמי" המשקף חום סולארי בקיץ, אך סופג אותו בחורף (FLT:0Science, 2018Fillo:1 ).

צבא ואוויר: גנבה וקמפופלג

ציפויים הסתגלות מציעים יתרונות ברורים עבור יישומים צבאיים.אלקטרוכרומטיים או PCM מבוסס יכול לשנות את הצבע ואת החתימה אינפרא אדום של כלי רכב או חיילים בזמן אמת כדי להתמזג עם הרקע:0aptive camouflage כבר מפותח עבור טנקיםFLT 1 ומטוסים באמצעות cholesteric נוזל-crystal ו- אלקטרו-chromic לוחות אלה יכולים להתאים רק לחיישנים תרמיים, אבל עושה את הלהקות עם מולטימדיה יותר כדי לזהות תכונות.

בנוסף, ציפויים אדפטיים יכולים להגן על אופטיקה רגישה מפני נזק לייזר.ציפוי שהופך רפלקטיבי מאוד על סף לייזר אי-הדמיון יכול לפעול כמגבלה אופטית מהירה.מחשבים מעניינים במיוחד כאן כי המעבר בשלב שלהם הוא מהיר ועצמי.

מציאות מורחבת

ציפויים אדפטיים מבוססי נוזל ממשיכים לשלוט בתעשיית התצוגה, אבל חומרים חדשים מאפשרים דק יותר, בהיר יותר, תצוגות מיקרו-LED גמישות יותר עם מסננים צבע הסתגלות יכול לחסל את הצורך עבור אדום נפרד, ירוק וכחול subpixels. במציאות מוגברת (AR), ציפויים מתאימים על גלים יכול להניע את התלמיד, המאפשר שדה רחב של ראייה מהירה וכחול ציפויים כגון ציפויים חשמליים.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות ההתקדמות המרשימה, ציפוי אופטי אדפטי אדפטי עדיין ניצב בפני מכשולים משמעותיים לפני שהם משיגים אימוץ נרחב.

אתגרים ומערכת

• (FLT:0) אחריות ומחזור החיים:FLT:1 התקנים אלקטרוכרומטיים מתפוגגים לאורך זמן בשל תגובות שליליות בלתי הפיך.
• (ב) .0.1) מורכב מורכב: סרט רב-שכבות עם שליטה עובי מדויקת יקר לייצר, במיוחד באזורים גדולים.גלגל-to-roll עיבוד עבור תת-שכבות גמישות עשוי להפחית את העלות, אך התשואות עבור שכבות פעיל עדיין נמוכות.FLT:2Atomic deposition (ALD) ו-sputing FLT3 הם עדיין דורשים ציוד סטנדרטי.
• (FLT:0) אינטגרציה עם אלקטרוניקה:FLT:1 ציפויים רבים הסתגלות דורשים מעגל שליטה ואספקת חשמל. עבור חלונות חכמים, זה מקובל; עבור ⁇ זעירים זעירים במטsurfaces, זה הופך לאתגר אינטגרציה מסיבי. CMOS חומרים לא עולים בקנה אחד (כמו GST) נחקרים כדי לעבור עם סיליקון.
• (FLT:0Speed לעומת Contrast Trade-off:cioFLT:1) המעבר מהיר יותר מגיע לעתים קרובות על חשבון ניגוד אופטי או טווח נוזלי נוזלי נוזלי יכול לעבור microthers אבל להציע ניגוד מוגבל; אלקטרוכרומטי יכול להשיג > 50:1 ניגוד אבל לקחת שניות. PCMs לגשר הפער אבל יש בעיות היסטריה.

מחקר ופיתוח מגמות

כמה התפתחויות חדשניות יכולות להתגבר על המגבלות הנוכחיות:

• החוקרים משתמשים ברשתות עצביות כדי ליצור ערימה של רב-שכבות מעוצבות-תכליתיות הממקסמות את מהירות הניגודיות והמעבר לחומרים שניתנו.
• (ב) חומרים:0 (2D חומרים:0) 1FLT:1 Graphene, MoS2, וחומרים אחרים 2D מוצגים אפקטים אלקטרו-אופטימיים חזקים, ניתן לשלב אותם בציפויים אדפטיים.
• (FLT:0)Multistate and Grayscale Act:031 במקום בינארי ב/off, ציפויים עתידיים יוכלו להחזיק מספר מצבים אופטיים דיסקרטיים, המאפשרים שליטה אנלוגית עבור יישומים כמו מודולציה אור מרחבי.
• (FLT:0) self-sensing and Close-loop Control: FLT:1 Embeddingחיישנים בתוך הציפוי לפקח על ביצועים אופטיים בזמן אמת ולתאים את הגירויים בהתאם, יהפכו ציפויים מתאימים באמת חכם.
• (FLT:0) בציפוי בהשראת מבחינה תיאולוגית: ⁇ 1:1 ⁇ ⁇ ⁇ cephalopods להשתמש chromatophores ו-iridophores כדי לשנות צבע. מקבילות סינתטיות המבוססות על elastomers dielectric ומשקף Bragg מבוזר מפותחות עבור ציפויים גמישים, מתוחים.

מסקנה: עתיד מזהיר לשליטה על אור דינמי

ציפוי אופטי מותאם עוברים מתחנות מעבדה לרכיבים בעלי יכולת מסחרית.הם מאפשרים בקרת אור דינמי שהיה בלתי אפשרי בעבר עם ציפוי סטטי או מערכות מכניות רבות. מחלונות חכמים חוסכים אנרגיה ומערכות LIDAR מהירים יותר לסננים טוטליים וסופלג לגנוב, ציפויים אלה לטפל בצרכים קריטיים על פני תקשורת, חלל, ניהול בניין, הגנה.

האתגרים של עמידות, עלות ואינטגרציה הם אמיתיים אבל להיות מטופלים באמצעות חדשנות חומרים, טכניקות ייצור מתקדמות ועיצוב חישובי. כמו הביקוש למכשירים פוטוניים אינטליגנטיים, מתאימים, ציפוי אופטי מותאם יהיה כלי סטנדרטי בערכת המהנדס.הטכנולוגיה כבר עברה מהרעיון למוצר בחלונות חכמים ומופתים להיכנס לשווקים רבים אחרים בתוך העשור הבא.