1.本发明涉及微纳元件技术领域，光场调控，具体涉及一种实现动态光场调控的微纳元件。
背景技术：
2.微纳光学结合了光子学和微纳技术的前沿成果，研究有效尺寸与入射辐射波长相当的中尺度物体与光的相互作用，从而产生的一系列传统光学无法实现的特殊光学现象。其中，用微纳元件实现光学超分辨更是研究热点，在光学显微、光镊、光电检测等领域有着广阔的发展前景。
3.传统的微纳元件在不借助液晶等外场可调材料的帮助下只能具有固定的光场，例如美国的capasso课题组提出采用二氧化钛纳米阵列超表面，实现了亚波长分辨率成像，若能在此基础上实现光场可调，那将会拥有更广阔的的应用前景。其制备流程包括1、在sio2衬底上旋涂电子束抗蚀剂；2、用电子束光刻和显影在抗蚀剂上得到相反的超表面结构；3、沉积tio2；4、刻蚀掉覆盖在抗蚀剂顶部表面的残留tio2膜；5、去除剩余的抗蚀剂。这种制备方式工艺复杂，难以实现快速生产和批量化生产，因此对其的进一步研究和应用受到了制约。
4.为了增加微纳元件的功能，近年来有学者提出了将外场可调的液晶与微纳元件相结合以实现聚焦光场的动态调谐。但液晶由于其液态属性，通常采用填充或包裹的方式与微纳元件结合使用。2017年日本的n.eti通过仿真模拟，采用外壳为氧化铟锡，芯部为向列型lcs的同心球结构实现了光场的调控。2019年东南大学的杜斌涛采用两极板中间夹着被液晶包裹的聚苯乙烯微球的模型仿真得到了动态调控的光场。在李树磊的“微纳结构调控的聚合物分散液晶光折变性能研究”的文章中，也采用液晶作为外场调控的手段，实现光场调控。它采用在微结构周围填充液晶并在其上、下加上电极的方法，加工步骤为：1、在底电极上加工微结构；2、在上方覆盖顶电极；3、将粘合剂pmma、液晶和溶剂混合制成聚合物分散液晶；4、利用毛细作用将聚合物分散液晶渗入微结构周围；5、待渗透完全后，把样片放入低温培养箱内烘干，将甲苯全部蒸发；6、连接顶电极和底电极。这两者存在的问题是：加工工艺繁琐，加工效率低，难以实现工业化生产，且液晶折射率在1.6左右，应用受限。
5.综上所述，为满足市场需求，不断优化微纳元件的功能成为本领域科研人员的重点研究方向。
技术实现要素：
6.本发明要提供一种实现动态光场调控的微纳元件，以克服现有技术存在的加工工艺繁琐，加工效率低，难以实现工业化生产，且液晶折射率低，应用受限的问题。
7.为达到本发明的目的，本发明提供的技术方案是：一种实现动态光场调控的微纳元件的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤一，制备母模板以及转印模板；
9.步骤二，在石英玻璃基底上加工一层透明电极，制备出两块电极板备用；
10.步骤三，在步骤二制得的电极板的透明电极层上采用纳米压印加刻蚀的方法加工pmn-pt薄膜；
11.步骤四，将pmn-pt膜层加工为功能微纳结构；
12.步骤五，在功能微纳结构上方覆盖另一块电极板，石英玻璃基底位于外侧；
13.步骤六、两层透明电极分别为底电极和顶电极，两者之间连接导线，得到动态光场调控微纳元件。
14.进一步的，上述步骤一和步骤四中，透明电极为ito、银纳米线、或pedot。
15.进一步的，上述步骤二中，石英玻璃上加工透明电极的方式为磁控溅射、凝胶化或模板辅助组装技术。
16.进一步的，上述步骤三中，在底电极上加工pmn-pt薄膜的方式为溶胶凝胶法、磁控溅射法或离子注入剥离法。
17.进一步的，上述步骤四中，加工而成的pmn-pt微纳结构为微圆柱、微球、微金字塔形状的微纳结构单元的任意一种。
18.进一步的，上述制备方法制得的一种实现动态光场调控的微纳元件。
19.与现有技术相比，本发明的优点是：
20.1、本发明提供了一种低电流驱动即可实现动态光场调控的微纳元件。本发明利用pmn-pt在宽波长范围内具有良好光学性能和较大电光系数的优点，采用纳米压印加刻蚀的工艺将其制备为功能性微纳元件，在光源的照射下，微纳结构内部的光经过干涉和衍射形成聚焦，通过外加电场即可实现光场的动态调控。
21.2、本发明的制备方法，对比于常用的液晶填充制备方法实现外场可调，本发明的步骤简化，由于pmn-pt是固态，可以在第一步就加工为微结构，且加工方式灵活，不需要液晶式调控法中繁琐的步骤，时间缩短，成本降低。同时制备过程采用纳米压印加刻蚀的制备工艺，本发明制造效率高，易于实现批量化生产。
22.3、在制备过程中，用具有外场可调特性的压电材料代替固有折射率材料，为高折射率材料超表面的光场动态调谐提供了一种新思路。且pmn-pt比液晶折射率高，拥有更广阔的的应用前景，可广泛应用于纳米传感学、微纳米物体操纵和捕获等多个领域。
附图说明
23.图1为本发明微纳元件的结构示意图；
24.图2为本发明微纳元件的立体结构示意图。
25.其中：1、石英玻璃基底；2、顶电极；3、功能微纳结构；4、底电极。
具体实施方式
26.下面通过具体实施例和附图对本发明的方法进行说明。
27.本发明提供的一种实现动态光场调控的微纳元件，如图1所示，其结构包括最外层相对设置的一对石英玻璃基底1，石英玻璃基底1内侧相对设置的一对透明电极，分别是顶电极2和底电极4，顶电极2和底电极4中间是材料为pmn-pt的功能微纳结构3。
28.如图2所示，一种实现动态光场调控的微纳元件的制备方法，具体包括以下步骤：
29.步骤一、制备母模板以及转印模板：
30.1、在玻璃基底上涂敷az4562正性光刻胶5um，采用显影以及灰度光刻技术制备微纳结构作为母模板，做抗粘处理，并将其固定于翻模机台上。
31.2、将聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，简称pdms)与固化剂按比例10：1配置混合溶液120g，充分搅拌令溶液混合完全，放入真空腔中去除溶液中气泡，待混合液表面透明无气泡时，将其浇铸于翻模机台上。混合液完全覆盖母模板，以80℃加热一小时，确认固化，采用揭开式脱模的方式取下软膜，得到转印模板，备用。
32.步骤二、在石英玻璃基底1上加工一层透明电极，制备出两块电极板备用：
33.本制备流程在中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司生产的pvd500磁控溅射镀膜系统上完成氧化铟锡(ito)的制备，实验前用无水乙醇在超声波清洗器进行超洗玻璃基片，晾干后保持基底表面洁净，将bk7光学玻璃基底放入加工台上，设定溅射气压0.4pa，靶基距为100mm，溅射时间20min，直流电源功率为120w，两块板分别溅射ito薄膜500nm和400nm作为透明电极。制得两块电极板。
34.步骤三、在步骤二制得的电极板的透明电极层上加工pmn-pt薄膜：
35.1、设定靶材为高纯度的pmn-pt，直径尺度为4英寸、厚度为3.5um，选用氩气的纯度为99.99％。将步骤二溅射完500nmito薄膜的bk7光学玻璃作为基底，在ito薄膜上沉积pmn-pt薄膜。实验中的本底真空度为1x104pa，溅射时保持衬底温度为100℃，时间为90min，腔内气体流量为5ml/min。薄膜溅射结束后，按照1℃/min的速率冷却。
36.2、采用picotrack光刻胶旋涂机旋涂负性光刻胶于压电材料薄膜上以低速600rpm旋涂30s，高速5000rpm旋涂1min获得厚度3um的压印胶层，依次放入50℃与90℃的加热台烘干2min，烘干后形成厚度均匀的负性光刻胶层，其位于pmn-pt薄膜层上方，并会于刻蚀步骤中被去除。
37.3、将压印工作台加热至80℃，取步骤一制备好的软膜放置与机台上方，保证软膜、机台以及基片三者中心对准，开始压印，设定压印压强为10kpa，软膜与基片的接触速度为0.5mm/s，紫外曝光时间为90s。压印结束采用整体式脱模，脱模速度为0.3mm/s，获得用于刻蚀图案化的掩膜层。
38.步骤四、将pmn-pt膜层加工为pmn-pt功能微纳结构3：
39.在牛津仪器公司的icp180刻蚀设备上进行等离子体刻蚀，第一步在反应腔室通入气体c4f8，流量设定为9sccm，刻蚀5min，功能微纳结构3部分转移至压电材料层。第二步减小c4f8气体流量至5sccm，通入sf6流量45sccm，刻蚀4min，纳米压印胶层全部刻蚀完毕，功能微纳结构3完全转移至压电材料层，pmn-pt膜层被加工为厚3um的功能微纳结构3。
40.步骤五、在功能微纳结构3上方覆盖另一块电极板，石英玻璃基底1位于外侧，ito薄膜厚度为400nm。
41.步骤六、ito薄膜厚度为500nm的透明电极为底电极4，ito薄膜厚度为400nm的透明电极为顶电极2，底电极4和顶电极2之间连接导线，得到动态光场调控微纳元件。
42.上述实施例仅为本发明的较优技术方案，不视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。