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CN111258091A - 用于促进孔保护的系统和方法以及制造系统的方法 - Google Patents

用于促进孔保护的系统和方法以及制造系统的方法 Download PDF

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CN111258091A CN201911216222.6A CN201911216222A CN111258091A CN 111258091 A CN111258091 A CN 111258091A CN 201911216222 A CN201911216222 A CN 201911216222A CN 111258091 A CN111258091 A CN 111258091A
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Abstract

本申请涉及用于促进孔保护的系统和方法以及制造系统的方法。各种技术提供了用于促进孔保护的系统和方法。在一个实例中，提供了一种用于促进孔保护的系统。该系统包括光学限制器装置。光学限制器装置包括热致变色材料和多个纳米结构，其中每个纳米结构与热致变色材料的一部分接触。纳米结构的至少一个子集被配置为接收入射光并响应入射光而产生热量。至少一部分热致变色材料被配置为响应于热量从第一状态转变到第二状态，并且当该部分处于第二状态时阻挡入射光。该部分被配置成当该部分冷却时从第二状态转变回第一状态，例如在移除入射光时。还提供了相关的方法和产品。

Description

用于促进孔保护的系统和方法以及制造系统的方法
技术领域
本申请总体涉及孔保护，更具体地，涉及具有用于孔保护的热致变色材料和纳米结构的光学限制器。
背景技术
易于获得且价格合理的光源(例如激光指示器)的扩散已经对诸如人眼和传感器之类的孔产生了威胁，因为这些光源可用于使眼睛失明(例如，暂时失明)，和/或损坏和/或使传感器饱和。例如，通过飞行器窗户照射的光可能影响飞行员驾驶交通工具的能力并且可能潜在地导致严重后果。
遗憾的是，许多传统的孔保护技术对入射光的反应缓慢和/或在它们的反应中不可靠，导致不希望的染色/着色，具有高成本，和/或在激活孔保护机制之前要求入射光具有高辐照度。因此，需要一种用于促进孔保护的改进方法。
发明内容
根据本文进一步讨论的各种实施方式，提供光学限制器装置以便于保护孔免受潜在有害光的影响。在这方面，光学限制器装置可用于防止潜在有害光到达一个或多个孔，这些孔可包括人眼、传感器和/或多功能结构。通常，入射光是否被认为是潜在有害的通常是应用特定的并且可基于与光相关的频率和辐照度。光学限制器装置可提供宽带宽保护，对潜在有害光的高速响应，从潜在有害光的快速恢复，以及对非潜在有害光的透明度。
在一些实施方式中，光学限制器装置包括热致变色材料和与热致变色材料接触的纳米结构。响应于潜在有害光，由潜在有害光照射的纳米结构捕获并放大潜在有害光的电场。这种电场的捕获和放大可包括纳米结构耦接到光，吸收光，以及将吸收的光转变成热。由于每个纳米结构与热致变色材料的相应部分接触，因此纳米结构响应于光而产生的热量导致加热这些纳米结构局部的热致变色材料的部分(例如，通过传导)。
当热致变色材料的温度升高到热致变色材料的相变温度以上时，热致变色材料从允许光通过的透明状态转变为不透明状态。热致变色材料的局部加热引起热致变色材料的局部部分的转变。响应于局部加热而转变为不透明状态的热致变色材料的部分散射可能有害的光以防止潜在有害光到达孔。在一个方面，热致变色材料的转变部分的不透明性有助于通过这些转变部分吸收潜在有害光，从而提供有助于扩展不透明部分并有助于减轻潜在有害光的正反馈机制。转变到透明状态是可逆的。在这方面，当去除潜在有害光(并且没有任何额外的潜在有害光)时，热致变色材料冷却下来，并且一旦其温度低于相变温度，就恢复到其透明状态。
根据实施方式，提供了一种用于促进孔保护的系统。该系统包括光学限制器装置。光学限制器装置包括多个纳米结构。所述多个纳米结构中的至少一个子集被配置为接收入射光并响应于入射光而产生热量。光学限制器装置还包括热致变色材料。多个纳米结构中的每一个与热致变色材料的相应部分接触。至少一部分热致变色材料被配置为响应于由多个纳米结构的子集产生的热量而从第一状态转变到第二状态，并且当热致变色材料的所述部分处于第二状态时阻挡入射光。
根据另一实施方式，一种制造该系统的方法包括提供衬底层。该方法还包括将热致变色材料设置在衬底层上。该方法还包括提供多个纳米结构，使得多个纳米结构中的每一个与热致变色材料接触。该方法还包括使光学限制器装置与一个或多个配置成接收光学限制器装置的接合元件接合。
根据另一实施方式，提供了一种用于促进孔保护的方法。该方法包括通过多个纳米结构的至少一个子集接收入射光，其中多个纳米结构中的每一个与热致变色材料的相应部分接触。该方法还包括响应于入射光通过多个纳米结构的子集产生热量。该方法还包括响应于由多个纳米结构的子集产生的热量，将至少一部分热致变色材料从第一状态转变到第二状态。该方法还包括当热致变色材料的所述部分处于第二状态时，通过热致变色材料的所述部分阻挡入射光。
本发明的范围由技术方案限定，这些技术方案通过引用结合到本部分中。通过考虑一个或多个实施方式的以下详细描述，将向本领域技术人员提供对本发明实施方式的更完整的理解，以及实现其附加优点。将参考将首先简要描述的附图。
附图说明
图1示出了根据本公开的一个或多个实施方式的用于促进孔保护的光学限制器装置。
图2A示出了根据本公开的一个或多个实施方式的入射在图1的光学限制器装置上的光。
图2B示出了根据本公开的一个或多个实施方式的响应于入射光在图1的光学限制器装置的热致变色材料中形成的热致热点。
图2C示出了根据本公开的一个或多个实施方式的一旦被去除入射光就已经冷却的热致热点。
图3和4示出了根据本公开的一个或多个实施方式的纳米结构的实例。
图5A示出了根据本公开的一个或多个实施方式的超材料层的实例的侧视图。
图5B示出了根据本公开的一个或多个实施方式的图5A的超材料层的顶视图。
图6示出了根据本公开的一个或多个实施方式的用于促进孔保护的过程的实例的流程图。
图7示出了根据本公开的一个或多个实施方式的用于制造用于促进孔保护的系统的过程的实例的流程图。
图8示出了根据本公开的一个或多个实施方式的具有用于促进孔保护的光学限制器装置的系统。
通过参考下面的详细描述，可最好地理解本公开的实施方式及其优点。应当理解，相同的附图标记用于标识一个或多个附图中示出的相同元件，其中，其中的显示是出于说明本公开的实施方式的目的而不是为了限制本公开的实施方式。
具体实施方式
以下阐述的详细描述旨在作为主题技术的各种配置的描述，并且不旨在表示可实践主题技术的唯一配置。附图并入本文并构成详细描述的一部分。应注意，各种组件的尺寸和这些组件之间的距离在附图中未按比例绘制。详细描述包括用于提供对主题技术的透彻理解的具体细节。然而，对于本领域技术人员来说，显而易见的是，本主题技术不限于这里阐述的具体细节，并且可使用一个或多个实施方式来实践。在一个或多个实例中，结构和组件以框图形式示出，以避免模糊本主题技术的概念。本发明的一个或多个实施方式由一个或多个附图示出和/或结合一个或多个附图描述，并且在技术方案中阐述。
提供各种技术以促进孔保护。在一些实施方式中，为了便于孔保护，提供光学限制器装置以保护一个或多个孔免受潜在有害光的影响。在一些情况下，光学限制器装置可实施(例如，定位)在孔的前面，以防止潜在有害光到达孔，同时允许其他光穿过并到达孔。例如，孔可包括人眼、传感器和/或多功能结构。多功能结构可包括嵌入结构中的传感器和/或其他孔(例如，多功能孔)。在没有光学限制器装置的情况下，潜在有害光可能使眼睛失明，和/或损坏和/或使传感器饱和。
在实施方式中，光学限制器装置可提供在交通工具(例如，地面、海军、航空和/或空间交通工具)、传感器(例如，雷达系统)，可穿戴设备(例如，眼镜、安全眼镜、护目镜、夜视护目镜、遮阳板)，和/或通常在可实现孔保护的任何系统中，例如多功能结构或多功能孔。在一些情况下，光学限制器装置可耦接到系统的透明衬底以便于保护系统。透明衬底可包括玻璃、石英、聚碳酸酯和/或其他透明材料。作为实例，光学限制器装置可提供在飞行器的挡风玻璃上，或者作为眼镜上的涂层提供，以选择性地使光通过。作为另一实例，光学限制器装置可提供为飞行器的挡风玻璃。当用在飞行器中时，光学限制器装置可用于保护飞行员和/或光学设备免受入射光的影响，入射光可能瞄准飞行员和/或光学设备(例如，在激光攻击中)。
光学限制器装置包括热致变色材料(例如，也称为热致变色介质)和与热致变色材料接触的纳米结构。在一个方面，纳米结构也可称为谐振结构或聚光器。纳米结构可在热致变色材料的表面上，部分地嵌入在热致变色材料内，完全嵌入在热致变色材料内，和/或通常定位成与至少一部分热致变色材料接触。热致变色材料是相变材料，其响应于热致变色材料的温度变化而改变相位。当在低于相变温度下时，热致变色材料处于透明状态(例如，也称为透明相)，当在高于相变温度下时，处于不透明状态(例如，也称为不透明相、反射状态/相，或者金属态/相)。相变温度可称为热致变色材料的阈值温度。在实施方式中，在一部分热致变色材料中形成的热致热点升高该部分的温度。当温度升高到相变温度以上时，该部分从允许光通过的透明状态转变为阻挡光的不透明状态。
热致变色材料中的纳米结构用于在热致变色材料中形成热致热点。为了形成这样的热致热点，可遵循与光学限制器装置相关联的一系列反应。在一些方面，由潜在有害光照射的纳米结构捕获并放大潜在有害光的电场。在这方面，纳米结构作为聚光器操作。这种电场的捕获和放大可包括纳米结构耦接到光，吸收光，以及将吸收的光转变成热。因此，吸收的光提高了纳米结构的温度。由于每个纳米结构与热致变色材料的相应部分接触，因此纳米结构响应于光而产生的热导致加热(例如，经由传导)这些纳米结构局部的热致变色材料部分。在一个方面，热致热点是指加热的纳米结构和/或热致变色材料的相应加热部分。
热致变色材料的局部加热可引起热致变色材料的这些局部部分从透明状态转变为不透明状态。在这方面，被加热到高于热致变色材料的相变温度的温度的热致变色材料的每个部分从透明状态转变为不透明状态。响应于局部加热而形成的热致变色材料的转变部分可能散射潜在有害的光。在这方面，被加热的热致变色材料的部分在空间上与由潜在有害光照射的纳米结构相对应，使得转变到不透明状态的热致变色材料的部分与潜在有害光的传播路径一致，允许反射(例如，散射)潜在有害光。在一个方面，热致变色材料的转变部分的不透明性有助于通过这些转变部分吸收潜在有害光，从而提供有助于扩展不透明部分并有助于减轻潜在有害光的正反馈机制。在正反馈的促进下，热致热点可快速膨胀并与相邻的热致热点聚结，以有效地形成散射潜在有害光的连续反射层(例如，局部反射镜)。
转变到透明状态是可逆的。在这方面，当去除潜在有害光(并且没有任何额外的潜在有害光)时，热致变色材料冷却(例如，热致热点消失)，并且一旦其温度低于相变温度，就转变为其透明状态。在一些情况下，热致变色材料恢复到其初始温度(例如，局部加热之前的温度)。因此，热致变色材料的不透明部分可被认为是由潜在有害光诱导的瞬态散射中心，并且一旦光被移除就消失。在实施方式中，为了便于冷却，热致变色材料可具有大约10nm至500nm的厚度。较薄的热致变色材料通常比较厚的热致变色材料加热和冷却得更快。对于一些应用，提供由纳米结构和热致变色材料形成的材料系统，以允许持续时间小于1μs，用于响应于潜在有害光从透明状态转变为不透明状态，和/或持续时间小于1μs，用于从不透明状态恢复到透明状态。在一些情况下，从透明状态转变到不透明状态的约1ms的持续时间可足以避免在孔(例如，人眼)处观察到潜在有害光。
除了通过纳米结构吸收光来散射潜在有害光之外，纳米结构可耦接到光并散射光。这种散射可直接散射潜在有害光(例如，不涉及加热热致变色材料)以防止潜在有害光到达孔。在一些情况下，这种散射还可诱导热致变色材料的部分加热(例如，经由加热纳米结构)到高于相变温度的温度，以引起热致变色材料的这些部分转变为不透明状态并因此诱导热致变色材料散射光。因此，尽管主要关于纳米结构对光的吸收描述了潜在有害光的散射，但是潜在有害光可被纳米结构直接散射。此外，在这方面，虽然主要关于通过纳米结构吸收光来描述热致变色材料的加热，但是通过纳米结构的光散射也可有助于加热热致变色材料。
在一些方面，潜在有害光指的是具有在特定频率范围内的频率并且具有高于阈值的辐照度的光。频率和阈值辐照度值可以是应用特定的。换句话说，在一个应用中被认为是潜在有害光的可能在另一个应用中不被认为是潜在有害光。在这方面，对于给定的应用，可选择或配置(例如，布置、定位)热致变色材料，与热致变色材料接触的纳米结构和/或光学限制器装置的其他组件，以响应被认为潜在有害的光。例如，响应于潜在有害光，纳米结构可吸收光和/或直接散射光。作为实例，对于可受益于激光指示器保护(例如，驾驶诸如飞行飞行器的交通工具)的应用，频率可包括至少可见光谱内的任何频率。
阈值辐照度值可以是被确定为对于给定应用造成伤害(例如，暂时或永久使眼睛失明，损坏和/或使传感器饱和)的辐照度值。在一个方面，辐照度的阈值通常选择为高于与太阳相关的辐照度，其可以是约0.1W/cm2。在这方面，光学限制器装置被配置成使得通常来自太阳的光和其他环境光源被允许通过光学限制器装置并到达孔。例如，根据应用，阈值辐照度可选择为约0.1W/cm2，0.15W/cm2，0.2W/cm2，0.5W/cm2，1W/cm2，5W/cm2，并且所有值均为之间。注意，光可具有多个频率分量，每个频率分量具有辐照度值。不同的频率可与不同的辐照度阈值相关联。在一些情况下，替代使用辐照度表征入射光或除了使用辐照度表征入射光，可利用光强度和/或能量密度来表征入射光。
可根据应用要求在光学限制器装置中定制频率响应范围和辐照度阈值，包括定制(例如，选择)热致变色材料的性质、纳米结构和/或这些组件的布置。在一些方面，可设计和混合纳米结构的物理性质，例如它们的材料组成、尺寸和/或形状，以针对特定频率或频率组合。在实施方式中，可提供不同材料成分、尺寸和/或形状的纳米结构与热致变色材料接触，使得纳米结构共同在宽和/或不同频率范围内提供谐振。
纳米结构提供光学限制器装置的频率选择性。纳米结构可配置有频率响应范围，该频率响应范围被设计为包含可在光学限制器装置上使用的光的潜在频率(例如，作为激光攻击的一部分)。频率响应范围的最高频率和最低频率之间的频率差可称为带宽。更宽的带宽也可称为更宽的光谱响应范围。在一些情况下，谐振频率范围可包括可见光光谱(例如，诸如以防止可见光激光指示器)或其部分，红外光谱或其部分，和/或电磁光谱的其他部分。纳米结构可以是立方体、球形、棒形、板形和/或其他形状。例如，球形或板形纳米结构的直径可为约10nm至100nm。在一些情况下，纳米结构可作为图案化材料的连续层提供。
这样，纳米结构可限定光学限制器装置的频率响应范围，使得具有频率响应范围内的频率和高于阈值的辐照度的入射光被纳米结构的至少一个子集吸收或散射。吸收入射光的纳米结构的子集可产生足以将热致变色材料的相关部分加热到高于相变温度的温度的热量。对于给定的纳米结构或纳米结构组，纳米结构的材料组成、尺寸和形状可概率地确定纳米结构是通过吸收光还是散射光来响应光。在一个方面，纳米结构主要通过吸收潜在有害光并诱导热致变色材料的相应部分转变为不透明状态以散射潜在有害光来促进潜在有害光的散射。由于频率和波长相关，频率响应范围具有等效的波长响应范围。在一个方面，短语频率响应范围、波长响应范围和光谱响应范围在本文中可互换使用以用于讨论目的。
在一个方面，相对于不使用纳米结构的情况，可在较低阈值辐照度水平(例如，较低激光强度和能量密度)下产生热致热点。可选择热致变色材料的厚度以实现较低阈值辐照度水平。在一个方面，光学限制器装置用薄的热致变色材料层实现，其中较薄的热致变色材料通常与较低的热质量相关联并且相对于较厚的热致变色材料加热和冷却得更快。例如，热致变色材料可具有约10nm至500nm的厚度。替代使用薄的热致变色材料层或使用薄的热致变色材料层，通过由热致变色材料的不透明部分吸收潜在有害光提供的正反馈可帮助实现较低阈值辐照度水平。
在某些情况下，热致变色材料的温度的微小变化可能导致热致变色材料转变为不透明状态并散射潜在有害光，从而有助于在较低照度水平(例如，辐照度水平)下对潜在有害光的更快响应时间。在实施方式中，热致变色材料是非线性热致变色材料，当在低于相变温度的温度下表现出很小的反射特性或没有反射特性，并且在相变温度及以上温度附近表现出高反射特性。在这些情况下，光学限制器装置可被称为具有高灵敏度，因为即使在较低照度水平下的光也足以引起热致变色材料的温度的微小变化并因此导致转变到透明状态以散射光。
因此，使用各种实施方式，光学限制器装置可被配置为防止被认为对给定应用有潜在危害的光到达孔，同时允许不被认为有害的光到达孔。在一些实施方式中，光学限制器装置提供宽带宽保护，对潜在有害光的高速响应，从潜在有害光的快速恢复，以及对不潜在有害光的透明度。由潜在有害光照射的光学限制装置的部分(例如，热致变色材料的部分)有效地响应于光而变得不透明以防止光到达孔，而没有任何潜在有害光的光学限制装置的部分保持透明，允许不被认为潜在有害的光通过。在这方面，可在不加热整个热致变色材料的情况下执行潜在有害光的散射，其中加热整个热致变色材料可能导致整个热致变色材料变得不透明并且比通过本文提供的纳米结构的局部化加热需要更长的持续时间。一旦去除了潜在有害光，处于不透明状态的光学装置的部分就转变回透明状态。根据各种实施方式的光学限制器装置利用被动方法来选择性地响应光，这与利用偏置电路和相关控制电路以将偏置信号施加到光学限制器装置以响应光的方法形成对比。与利用偏置电路和相关控制电路产生和调谐偏置信号的方法相比，这种被动方法可允许功率节省并降低复杂性。
现在参考附图，图1示出了根据本公开的一个或多个实施方式的用于促进孔保护的光学限制器装置100。然而，并非所有描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施方式可包括图中所示的附加组件。在不脱离本文所述的技术方案的精神或范围的情况下，可对组件的布置和类型进行变化。可提供附加组件、不同组件和/或更少组件。
光学限制器装置100包括热致变色材料105、与热致变色材料105接触的纳米结构、衬底层120和粘合剂层125。作为实例，纳米结构110A，110B，110C，110D，110E，110F和110G在图1中标记。在图1中，纳米结构散布在热致变色材料105上和/或遍布热致变色材料105，使得纳米结构与热致变色材料105接触。如图1所示，与热致变色材料105接触的纳米结构可完全嵌入热致变色材料105(例如，纳米结构110B，110E，110F和110G)中，部分地嵌入热致变色材料105(例如，纳米结构110A)中，这样纳米结构的一部分暴露(例如，在热致变色材料105的外部)，或在热致变色材料105的表面上(例如，纳米结构110C)。作为实例，纳米结构110A，110B，110C，110D和110E是球形的。纳米结构110F和110G具有矩形横截面，并且可具有例如矩形棱柱或十字形的形状。
衬底层120提供其上沉积有热致变色材料105的第一表面和与第一表面相对的第二表面，粘合剂层125沉积在第二表面上。衬底层120可为热致变色材料105提供结构支撑。例如，衬底层120可以是透明衬底。例如，衬底层120可包括玻璃和/或丙烯酸。衬底层120的厚度通常取决于应用。例如，在一些情况下，衬底层120可具有几百微米至几毫米的厚度。
粘合剂层125提供在衬底层120上，并且可用于促进光学限制器装置100与系统的接合(例如，耦接)，以促进系统的孔保护。在一种情况下，当汽车具有孔130时，粘合剂层125可以是粘合剂剥离-粘附层，用于将光学限制器装置100耦接到汽车的挡风玻璃，以选择性地防止光传播到孔130。在这种情况下，孔130可包括驾驶员和/或汽车的乘客的眼睛。作为实例，在图1中，粘合剂层125可将光学限制器装置100耦接到挡风玻璃的内表面(例如，更靠近驾驶员和乘客的表面)，使得热致变色材料105面向孔130并远离汽车外部的环境。热致变色材料105的这种定位可帮助保护热致变色材料105免受外部环境的影响。作为另一实例，粘合剂层125可将光学限制器装置100耦接到挡风玻璃的外表面(例如，远离驾驶员和乘客的表面)，使得热致变色材料105面向汽车外部的环境。粘合剂层125可设置在光学限制器装置100的其他部分上。例如，粘合剂层125的定位可基于环境考虑和/或结构考虑。结构考虑可包括光学限制器装置100的形状和/或尺寸与光学限制器装置100将要接合的系统的形状和/或尺寸的关系。
在一些情况下，粘合剂层125可以是任选的。例如，替代使用粘合剂层125或除了使用粘合剂层125，光学限制器装置100可包括一个或多个其他类型的接合元件，诸如钉子、磁性元件、吸盘、凸块和脊和/或通常任何紧固件和/或紧固结构以便于与系统接合。在一些情况下，接合元件可专门由光学限制器装置100将要接合到的系统提供。
光学限制器装置100可包括一个或多个保护层。保护层可保护光学限制器装置100和/或光学限制器装置100所耦接的系统。例如，保护层可以是环境保护层，其包括聚合物材料以保护光学限制器装置100免受湿气影响。保护层可与光学限制器装置100接触或者与光学限制器装置100偏移。
在一些实施方式中，光学限制器装置100通过纳米结构和热致变色材料105的操作选择性地防止入射在光学限制器装置100上的潜在有害光通过光学限制器装置100传播并到达孔130。在一个方面，光学限制器装置100基于入射光的频率分量和相关的辐照度值选择性地防止入射光通过光学限制器装置100传播到孔130。在这方面，当光具有在特定频率范围内的频率分量和高于阈值的辐照度时，光限制器装置100确定入射在光限制器装置100上的光是潜在有害光。例如，光可具有可见光光谱内的频率和高于阈值辐照度0.1W/cm2的辐照度。
在一些情况下，光学限制器装置100具有大约或小于几毫米的厚度(例如，从粘合剂层125的顶表面到图1中的热致变色材料105的底表面的垂直距离)。在一种情况下，光学限制器装置100具有1mm的厚度。衬底层120的厚度可为约1mm。粘合剂层125的厚度可为约50μm至150μm。有源层的厚度可约为100nm至200nm。有源层的厚度可包括热致变色材料105的厚度和从热致变色材料105突出的纳米结构(如果有的话)的厚度。这些厚度通过非限制性实例提供，并且可利用其他厚度。光学限制器装置100及其组件的厚度和其他尺寸方面取决于应用。
在实施方式中，如图1所示，光学限制器装置100可在孔130的前面实现(例如，定位)以便于保护孔130。孔130可以是或可包括人眼、传感器的孔和/或通常任何可接收电磁(EM)辐射的开口。EM辐射通常可指EM谱中的任何辐射，并且可被称为EM辐射束、EM束、光、束或其变体(例如，EM光束)。术语光可包括可见光、红外光、紫外光、或通常EM光谱的任何部分。
在图1中，入射在光学限制器装置100上的光135不被光学限制器装置100认为是潜在有害的，因此光135通过光学限制器装置100到达孔130。在这方面，光135可具有在纳米结构的频率响应范围之外的频率和/或低于阈值的辐照度，并且因此允许其通过光学限制器装置100传播。例如，光135可以是环境光，例如来自太阳和/或任何杂散光。尽管在图1中将光135示出为平行光线，这种描绘用于简化附图。光135的一部分可从各种角度经由热致变色材料105、纳米结构、衬底层120和粘合剂层125传播通过光学限制器装置100到孔130。光135的这些光线未在图1中示出，以避免模糊图1的组件。
入射在光学限制器装置100上的光可具有多个频率分量，每个频率分量具有辐照度值。在这种情况下，纳米结构可响应于纳米结构的频率响应范围内的入射光的频率分量而被激发，并且具有高于相应阈值的辐照度，而在频率响应范围之外和/或具有低于相应阈值的辐照度的入射光的频率分量不会引诱导光电子的发射。在一些情况下，不同的频率可与不同的辐照度阈值相关联。
注意，图1示出了热致变色材料105中的纳米结构的实例分布和物理性质(例如，尺寸、形状)，并且可利用其他方式将纳米结构散布在热致变色材料105上和/或热致变色材料105内(例如，取决于应用、费用等)。在这方面，光学限制器装置100可包括与热致变色材料105接触的与图1所示不同的纳米结构布置。例如，在一些情况下(未示出)，所有纳米结构可完全嵌入在热致变色材料105中。在一个方面，纳米结构可作为具有与热致变色材料105接触(例如在其上或其内)的纳米图案的超材料层(例如，连续超材料层)的一部分提供。在一些情况下，可通过沉积一层材料(例如，金，银)并图案化该层来形成超材料层。
在实施例中，与热致变色材料105接触的每个纳米结构在基于纳米结构物理性质(例如，材料组成、尺寸、形状)和热致变色材料105的组成的给定频带(例如，也称为谐振频率范围)支持谐振(例如，等离子体激元-极化激元谐振)。谐振引起入射光的吸收和经由纳米结构中的声子-电子相互作用将光入射能量转变成热量。
当纳米结构被潜在有害光(例如，具有高于阈值的辐照度的光)照射时，光在每个纳米结构和热致变色材料105之间的界面处激发集体表面电荷振荡(例如，自由电子电荷的振荡)。响应于超过给定阈值的入射光，纳米结构的振荡引起纳米结构对至少一部分光的吸收和/或散射。被纳米结构吸收的光的一部分被纳米结构转变成热量。由纳米结构产生的这种热量提高了纳米结构的温度，并且通过诸如传导的传热机制，提高了纳米结构附近(例如，紧邻)的一部分热致变色材料105的温度。
在一些方面，纳米结构之间的耦接可促进潜在有害光的吸收。在这方面，多种尺寸、形状和/或材料的纳米结构可被栓或链接在一起以形成分子，附接到聚合物主链，链接或栓以形成链，和/或链接形成晶格。这种耦接通常是纳米结构之间的距离的函数，其中任何两个纳米结构之间的较大距离与这两个纳米结构之间的较低耦接相关联。例如，吸收体结构由纳米结构110F和110G实现。纳米结构110F和110G可定位成彼此耦接，以便于在纳米结构110F和110G之间和周围加热部分热致变色材料105。虽然这种耦接沿图1中的垂直方向示出，耦接也可水平发生(例如，在纳米结构110F或110G与图1中右侧的一个或多个相邻纳米结构之间)和/或与基于纳米结构之间的距离的球形纳米耦接。在图1中，纳米结构110G与衬底层120接触，而纳米结构110F嵌入在热致变色材料105中。类似地，球形纳米结构可彼此耦接和/或与基于纳米结构之间的距离的非球形纳米结构耦接。
由于热致变色材料105的相/状态是温度依赖性的，因此响应于来自纳米结构的热量，热致变色材料105的温度升高到高于相变温度的温度导致在纳米结构附近的热致变色材料105的部分从透明状态转变为不透明状态。以这种方式，入射光使沿着光路径的纳米结构升高温度并使热致变色材料105相关地转变为不透明状态。
在一个方面，由于光引起热致变色材料105的局部加热，因此在与局部加热相关联的光限制器装置100的部分中形成的热致变色材料105的反射部分散射光，而光学限制器装置100的其他部分允许光通过孔130。处于反射状态的热致变色材料105的一部分散射入射光，使得光不会到达孔130，从而减少或消除透射通过光学限制器装置100的光和防止光到达孔130。允许到达孔130的光的频率在谐振频率范围之外，共同由与热致变色材料105接触的纳米结构提供，和/或具有小于阈值的辐照度，并且通常被认为对给定的应用无害。
在这方面，孔130(例如，包括或利用光学限制器装置100的系统的操作者、传感器)可看到透过热致变色材料105的透明部分的光(例如，不被认为是潜在有害的)，而入射在不透明部分上的潜在有害光被散射以保护孔130。在实施方式中，选择用于实现热致变色材料105的材料成分，使得在其不透明状态下，热致变色材料105的不透明部分至少在由纳米结构提供的谐振频率范围内散射光的频率分量。在一些情况下，取决于热致变色材料105的材料成分，谐振频率范围之外的频率分量也可被热致变色材料105的不透明部分散射。
在更高的纳米结构密度/浓度(例如，每单位体积或每表面积的纳米结构的数量)下，更少的潜在有害光可穿透热致变色材料105。例如，当孔130包括人眼时，热致变色材料105防止光穿过光学限制器装置100并潜在地使眼睛致盲(例如，暂时或永久地)。当孔130包括传感器时，热致变色材料105防止光到达传感器并使传感器饱和和/或损坏。
纳米结构继续产生热量，使热致变色材料105保持在不透明状态，直到潜在有害光照射结束。一旦照射结束，纳米结构的温度降低。随着纳米结构的冷却，热致变色材料105降低至低于其相变温度的温度并恢复到其透明状态。例如，纳米结构和热致变色材料105可恢复到它们的原始温度(例如，当没有潜在有害光入射到热致变色材料105上时它们的温度)。在一个方面，将热致变色材料105恢复到透明状态可被称为热致变色材料105的恢复或光学限制器装置100的恢复。在这方面，可将热致变色材料105的不透明部分认为是热致变色材料105中的瞬态散射中心，其由潜在有害的入射光诱导，并且一旦去除潜在有害的入射光就消失。
这样，光学限制器装置100响应于潜在有害光而产生这些散射中心的操作是可逆的。在一些情况下，不透明状态可响应于小于1μs的光照纳米结构中的潜在有害光而形成，并且在去除潜在有害光时在不到1μs内恢复到透明状态。
基于目标应用选择热致变色材料105的性质(例如，材料组成、晶格结构)。在实施方式中，基于相变温度和可逆性(例如，转变到不透明状态和从不透明状态转变)来选择热致变色材料105的特性。在一个方面，在各种应用中，通常期望相变温度高于环境温度(例如，以避免热致变色材料105响应于环境温度而变得不透明)，同时足够低以使当潜在有害的光入射到光学限制器装置100上时相变温度可是容易到达。作为实例，具有30℃的相变温度的材料可响应于来自太阳的环境光而变得不透明，而具有700℃的相变温度的材料涉及更多的加热来达到或超过相变温度，因此通常与较慢的响应时间有关。在各种应用中，热致变色材料105可具有大约在50℃(323K)和100℃(373K)之间的相变温度。
作为实例，热致变色材料105可包括二氧化钒(VO2)。VO2的相变温度约为68℃(340K)。在低于68℃的温度下，VO2是具有单斜晶体结构的透明绝缘体。在高于68℃的温度下，VO2是具有类似于金红石的四方晶体结构的反射金属。在这方面，在约68℃附近时，VO2的电导率增加几个数量级(例如，增加约104倍)，从而将VO2从绝缘体转变为金属。这样，VO2的透明状态可被称为透明绝缘体状态/相或单斜状态/相，并且VO2的不透明状态可被称为金属反射状态/相或金红石状态/相。当处于不透明状态时在VO2中形成的反射纳米晶体可称为金属纳米晶体。在一些情况下，可掺杂大块VO2，例如用钨(W)掺杂。可将掺杂剂添加到VO2中以调节(例如，增加或减少)VO2的相变温度。响应于潜在有害光，VO2可允许小于1μs的持续时间从透明状态转变为不透明状态，并且对于从不透明状态恢复到透明状态，持续时间小于1μs。在一些情况下，VO2用于在红外应用中实现热致变色材料105。在可见光应用中，热致变色材料105可包括例如螺吡喃。前述提供了热致变色材料105的材料组成的非限制性实例。可根据应用使用热致变色材料105的其他材料组合物。
在实施方式中，可提供不同材料成分、尺寸和/或形状的纳米结构与热致变色材料105接触，使得纳米结构共同在宽和/或不同频率范围内提供谐振。在一些情况下，谐振频率范围可包括可见光光谱(例如，证据如以防止可见光激光指示器)、红外光谱和/或其他EM光谱。
纳米结构可包括纳米颗粒、纳米图案(例如，超材料层)和/或其他纳米结构，例如纳米管(例如，碳纳米管)或纳米线(例如，银纳米线、金纳米线)，其可用于局部加热热致变色材料。在一些方面，纳米结构可包括导电材料。作为非限制性实例，金属纳米结构可包括金、银、其他贵金属、铝、铜和/或其他金属。在某些情况下，它们可包括碳纳米管或氮化钛(TiN)材料。纳米结构可以是立方体、球形、棒形、板形、十字形和/或其他形状。作为实例，球形或板形纳米结构的直径可为约10nm至100nm。在一个方面，例如图1中所示，纳米结构(例如，纳米结构110A)具有核心-壳结构。核心-壳结构可包括纳米颗粒作为其核心和包围纳米颗粒的壳。作为实例，纳米颗粒可以是诸如玻璃的介电材料，并且壳可以是诸如金或银的金属材料。在一些情况下，核心-壳结构可提供比没有壳的纳米颗粒更好的散射效率。在一个方面，纳米结构可包括具有金属/介电层的纳米图案，所述金属/介电层可形成各种等离子体谐振器。
图2A示出了根据本公开的一个或多个实施方式的入射在光学限制器装置100上的光205和210。在这方面，光205和210入射在热致变色材料105上，并且纳米结构的子集与热致变色材料105接触。图2B示出了根据本公开的一个或多个实施方式的响应于光205在热致变色材料105中形成的热致热点220。在图2A和2B中，光210传播通过光学限制器装置100以到达孔130，而通过在热致热点220处形成的热致变色材料105的不透明部分防止光205到达孔130。
光205具有在与热致变色材料105接触的纳米结构相关的谐振频率范围内的频率和等于或高于阈值(例如，0.1W/cm2)的辐照度。相反，光210可具有与与热致变色材料105接触的纳米结构相关联的谐振频率范围之外的频率和/或低于阈值的辐照度，并且因此允许光210传播通过光学限制器装置100达到孔130。在这方面，光205被认为是潜在有害光，而光210被认为是无害的。光205来自光源215，例如激光指示器或激光眩光器。光210可包括环境光，诸如来自太阳的光和/或任何杂散光。
在图2B中，与由光205照射的热致变色材料105的部分接触的纳米结构产生热量以在热致变色材料105中产生热致热点220。例如，热致热点220可通过至少由纳米结构110D和110E产生的热量产生。当光205传播通过热致变色材料105时，沿着光205的路径的纳米结构可吸收光205并将吸收的光转变成热，从而升高这些纳米结构局部的热致变色材料105的温度。
热致热点220表示由纳米结构响应于光205产生的热量。由纳米结构产生的热量被传递到热致变色材料105的一部分，该部分与纳米结构在空间上对应。当热致变色材料105的一部分被加热到高于热致变色材料105的相变温度的温度时，热致变色材料105的所述部分从透明状态转变为不透明状态。入射在不透明部分上的光205被散射并因此被阻止到达孔130。
当光205保持存在时，光205继续使纳米结构产生热量，进而使热致变色材料105的一部分保持在不透明状态。在一些情况下，如果这种光入射在不透明部分上，则具有与光学限制器装置100的纳米结构相关联的谐振频率范围之外的频率的光可被不透明部分散射。即使纳米结构通常允许这种光通过(例如，光不是潜在的有害光)，这种光也可能被散射。在这方面，处于不透明状态的热致变色材料105(或其部分)具有频率选择性，其可基于构成热致变色材料105的大块材料成分和掺杂剂(如果有的话)。光学限制器装置100的剩余部分保持透明并且即使当存在不透明部分时也允许光210(以及不被认为是潜在有害的其他入射光)穿过光学限制器装置100，从而允许孔130经由光学限制器装置100接收光210，通过保护孔130免受光205的影响。例如，当孔130包括飞行员的眼睛时，飞行员可看到光学限制器装置100的未被热致变色材料105的响应于光205而形成不透明部分阻挡的部分。
当光205传播通过热致变色材料105时，除了热致热点220之外还可形成一个或多个热致热点。在这方面，不被由热致热点220形成的热致变色材料105的不透明部分散射的光205的任何剩余部分可被在光205的剩余部分传播通过热致变色材料105时产生的后续热致热点形成的后续不透明区域散射。在更高的纳米结构密度/浓度(例如，每单位体积或每表面积的纳米结构数量)，较少的光205可穿透与热致变色材料105接触的纳米结构以到达孔130。
在一个方面，附加因素可有助于光205的吸收和响应于这种吸收的相关热致热点的产生。热致变色材料105的转变部分的不透明性有助于通过该转变部分吸收光205，从而提供正反馈机制以帮助扩展不透明部分并便于保护孔130免受光205的影响。如正反馈有助于的，热致热点可扩展并且(如果热致热点足够接近)与相邻的热致热点聚结以有效地形成散射光205的连续反射层(例如，局部反射镜)。在一些情况下，耦接在纳米结构之间可促进潜在有害光的吸收。这种耦接通常是纳米结构之间的距离的函数，其中任何两个纳米结构之间的较大距离与这两个纳米结构之间的较低耦接相关联。
光205的特性可确定哪个纳米结构响应于被光205照射而被激发，并且热致变色材料105的部分的相应尺寸响应于光205通过激发纳米结构而转变为不透明状态。例如，光205可以是具有约2mm光束直径的激光(例如，来自激光指示器)。热致热点220的尺寸可与光205的尺寸在相似的数量级上。类似地，热致变色材料105的转变到不透明状态的部分的尺寸可具有几毫米的直径(例如，尺寸与在该实例中与光205相关联的光束直径的数量级相同。
图2C示出了根据本公开的一个或多个实施方式，一旦移除光205就已经冷却的热致热点220。例如，当光源215关闭时，可移除光205。随着热致热点220冷却，热致变色材料105的不透明部分冷却下来。一旦不透明部分的温度低于相变温度，则热致变色材料105的不透明区域恢复到透明状态。在一些情况下，不透明部分可响应于光205在光205照射纳米结构小于1μs中形成，并且在移除光205时在小于1μs内恢复到透明状态。
应注意，入射在光学限制器装置100上的光205和210可具有多个频率分量，每个频率分量具有辐照度值。在这种情况下，与热致变色材料105接触的纳米结构可响应于入射光的频率分量而产生热量，该频率分量与纳米结构的一个或多个谐振频率一致并且具有高于相应阈值的辐照度。在一些情况下，不同的频率可与不同的辐照度阈值相关联。纳米结构允许入射光的频率分量在谐振频率或纳米结构所包含的频率之外和/或低于辐照度阈值以传递到孔130。
图3示出了根据本公开的一个或多个实施方式的纳米结构300的实例。在实施方式中，纳米结构300可以是图1和2A-2C中所示的球形纳米结构(例如，110A)之一。纳米结构300包括纳米颗粒305(例如，也称为核心)和包围纳米颗粒305的壳310(例如，也称为涂层)。纳米颗粒305可包括硅、锗、镓、砷化物、磷化铟、硒化镉、硫化锌、其他物质和/或其组合。壳310可包括金、银、氮化钛和/或其他元素或化合物材料(例如，金属合金)。在一些情况下，壳310可以是掺杂的(例如，用金属，例如钠或锡或金属合金)。在一种情况下，纳米颗粒305包括玻璃，壳310包括金。作为实例，纳米结构300可具有约70nm的物理横截面。在该实例中，纳米颗粒305可具有约60nm的直径，并且壳310可具有约5nm的厚度。
图4示出了根据本公开的一个或多个实施方式的纳米结构400的实例。纳米结构400具有十字形状。在一个实施方式中，纳米结构400可以是图1和图2A-2C中所示的非球形纳米结构(例如，110F)之一。在一些情况下，纳米结构400可单独提供或作为吸收体结构的一部分提供，以促进潜在有害光的吸收和/或散射。纳米结构400可包括金、银、氮化钛和/或其他元素或化合物材料(例如，金属合金)。
图5A和5B示出了根据一个或多个实施方式的超材料层500的实例。具体而言，图5A和5B分别示出了超材料层500(例如，也称为纳米图案)的侧视图和俯视图。为了形成超材料层500，可提供一层材料并使用光刻来图案化以限定结构505，510和515。该材料层可包括金、银、氮化钛和/或其他元素或复合材料(例如，金属合金)。在实施方式中，超材料层500可以以热致变色材料提供，例如图1的热致变色材料105。例如，参考图1，超材料层500可设置在热致变色材料105和/或衬底层120的表面上，和/或至少部分地嵌入热致变色材料105中。在一些情况下，第二超材料层可垂直从超材料层500移位形成吸收体结构。而结构505，510和515在图5A和5B中是十字形的，结构505，510和515通常可以是适于实现所需谐振频率或谐振频率范围的任何形状。结构505，510和515可具有不同的形状和/或尺寸。在一个方面，超材料层500，结构505，510和515中的每一个，以及通常超材料层500的任何部分可被称为纳米结构。超材料层500是图案化材料的连续层，并且可被认为是作为连续层提供的纳米结构和/或形成为连续层的一部分的纳米结构。
在实施方式中，纳米结构，例如纳米结构300和400以及超材料层500(或其部分)，沉积在整个热致变色材料(例如，热致变色材料105)上和/或散布在整个热致变色材料中。在一些方面，多种尺寸、形状和/或材料的纳米结构可被栓或链接在一起以形成分子，附接到聚合物主链、链接或被栓以形成链，和/或链接形成晶格。纳米结构之间的这种耦接可促进纳米结构对潜在有害光的吸收和/或散射。
图6示出了根据本公开的一个或多个实施方式的用于促进孔保护的过程600的实例的流程图。出于解释的目的，这里参考图1和图2A-2C的光学限制器装置100描述过程600；然而，过程600不限于图1和图2A-2C的光学限制器装置100。注意，可根据需要以不同的顺序组合、省略和/或执行一个或多个操作。
在框605处，提供光学限制器装置100作为系统的一部分。该系统可以是，可包括或可以是以下中的一部分：交通工具(例如，陆地、海军、航空和/或空间飞行器)，传感器(例如，雷达传感器)、可穿戴装置(例如，眼镜、护目镜)、多功能结构(例如，具有嵌入在结构中的一个或多个传感器)、多功能孔、和/或通常在可实现孔保护的任何系统中。参考图8描述系统的实例。
在框610处，光205和210入射在与热致变色材料105接触的纳米结构的至少一个子集上。例如，纳米结构可包括设置在热致变色材料105和/或至少部分地嵌入热致变色材料105的纳米结构(例如，纳米结构110D和110E)的表面上。光205具有在由纳米结构共同提供的谐振频率范围内的频率和高于阈值的辐照度。光210具有在谐振频率范围之外的频率和/或低于阈值的辐照度，并且通过热致变色材料105传输。
在框615处，响应于光205，纳米结构的子集产生热量。在一个方面，纳米结构响应于光205通过振荡而产生热量。在这方面，纳米结构可吸收光205并将光205转变为热量，提高纳米结构的温度。例如，纳米结构可将热量(例如，经由传导)传递到热致变色材料105，以产生指示热致变色材料105的温度升高的热致热点220。
在框620处，响应于由纳米结构的子集产生的热量，一部分热致变色材料105从透明状态转变为不透明状态。在一个方面，为了引起转变，由纳米结构的子集产生的热量将热致变色材料105的部分加热到高于热致变色材料105的相变温度的温度。在一些情况下，热致变色材料105的转变部分的不透明性可促进光205的吸收。
在框625处，已转变为不透明状态的热致变色材料105的部分阻挡(例如，反射，散射)光205以防止光205到达孔130。在框630处，热致变色材料105的所述部分在移除光205时从不透明状态转变到透明状态。在这方面，当移除光205时(例如，如图2C所示)，纳米结构的温度降低。纳米结构的温度降低导致热致变色材料105的部分温度降低。当热致变色材料105的部分处于低于相变温度的温度时，热致变色材料105的所述部分从不透明状态转变为透明状态。
图7示出了根据本公开的一个或多个实施方式的用于制造用于促进孔保护的系统的过程700的实例的流程图。出于解释的目的，这里参考图1的光学限制器装置100描述过程700；然而，过程700不限于图1的光学限制器装置100。在一个方面，过程700可在图6的过程600的框605处实现。注意，可根据需要以不同的顺序组合、省略和/或执行一个或多个操作。
在框705处，提供衬底层120。衬底层120可以是透明衬底材料，例如玻璃和/或丙烯酸。在框710处，将热致变色材料105设置在衬底层120上。例如，热致变色材料105可沉积在衬底层120上。在各种应用中，选择用于实现热致变色材料105的材料可具有相变温度约为50℃(323K)和100℃(373K)之间。热致变色材料105可包括VO2(例如，用于红外应用)或螺吡喃(例如，用于可见光应用)。在框715处，提供与热致变色材料105接触的纳米结构。纳米结构可提供在热致变色材料105的表面上和/或部分地设置在热致变色材料105内。在一些情况下，纳米结构可在热致变色材料105沉积在衬底层120上时提供。纳米结构可包括纳米颗粒、核心-壳结构、纳米图案和/或作为纳米图案的一部分提供的结构。在一些情况下，不同尺寸、形状和/或材料成分的纳米结构可沉积在整个热致变色材料105上和/或散布在整个热致变色材料105中，以便实现宽的谐振频率范围。光学限制器装置100由框705，710和715形成。在一些情况下，作为形成光学限制器装置100的一部分，粘合剂层125沉积在衬底层120上。粘合剂层125可在沉积了热致变色材料105之前或之后沉积。
在框720处，使用一个或多个接合元件将光学限制器装置100接合到系统的组件。光学限制器装置100可提供窗口结构以与这些接合元件接合。接合元件可包括粘合剂、钉子、磁铁、吸盘、凸块和脊，和/或通常可支撑光学限制器装置100和/或将光学限制器装置100耦接到系统的组件的任何紧固件和/或紧固结构。作为实例，接合元件可包括光学限制器装置100的粘合剂剥离-粘附层(例如，粘合剂层125)，其可应用于系统的结构支撑衬底。结构支撑衬底可包括由玻璃、石英、聚碳酸酯和/或其他透明材料构成的透明衬底。例如，结构支撑衬底可包括飞行器的挡风玻璃，光学限制器装置100可使用粘合剂层125粘附到该挡风玻璃上。可选地和/或另外地，接合元件可由系统提供以接收光学限制器装置100。在这方面，在一些情况下，粘合剂层125是可选的。
图8示出了根据本公开的一个或多个实施方式的具有用于促进孔保护的光学限制器装置805的系统800。然而，并非所有描绘的组件都是必需的，并且一个或多个实施方式可包括图中未示出的附加组件。在不脱离本文所述的技术方案的精神或范围的情况下，可对组件的布置和类型进行变化。可提供附加组件、不同组件和/或更少组件。
系统800可用于地面、海军、航空和/或空间应用，具有适当的组件选择和配置(例如，工作频率、材料成分等)。系统800可以是，可包括或可以是交通工具的一部分(例如，汽车、飞行器、卫星)、传感器(例如，红外传感器)、多功能结构、多功能孔或可穿戴装置(例如，眼镜、护目镜)。在一个方面，图8中的虚线可表示系统800的壳体。
系统800包括光学限制器装置805、处理电路810、通信电路815、一个或多个输出装置接口820、一个或多个输入装置接口825、定位电路830、存储器835、电源840、其他组件845或总线850。光学限制器装置805可用于防止潜在有害光到达与系统800相关的孔。例如，当系统800是飞行器时，孔可包括飞行器上人的眼睛(例如，乘客、飞行员等)和传感器设备(例如，红外传感器设备)。在一些情况下，光学限制器装置805可被提供为系统800的窗口，或者耦接到系统800的窗口。在一个方面，系统800可包括多个光学限制器装置，其中每个光学限制器装置可用于保护一个或多个孔。
在实施方式中，光学限制器装置805可以是、可包括或可以是光学限制器装置100的一部分。如上所述，取决于系统800，系统800可以是附加组件、不同组件和/或比图8中所示的组件更少的组件。例如，当系统800在一副眼镜中实现时，系统800可包括一个光学限制器装置，其耦接到每个玻璃透镜或放置在每个玻璃透镜的前面或后面(例如，没有图8示出的许多组件)。
处理电路810可执行存储在存储器835中的机器可读指令(例如，软件、固件或其他指令)。在这方面，处理电路810可执行各种操作、处理和技术中的任何一种，以便于操作系统800。例如，在飞行器中，处理电路810可促进飞行器的操作，包括飞行器的飞行和飞行器的任何特定任务的过程(例如，雷达应用、成像应用等)。处理电路810可实现为一个或多个微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)(例如，现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、现场可编程片上系统(FPSC)或其他类型的可编程装置)、编解码器和/或其他处理装置。在一个实施方式中，响应于潜在有害光，处理电路810可生成控制信号并将控制信号发送到系统800内的其他组件和/或其他系统，例如以减轻由光引起的任何损坏(例如，打开备份传感器设备，以替换光线损坏的传感器设备)，发现光源，和/或移除光源。
通信电路815可被配置为处理、管理或以其他方式促进系统800的各种组件之间以及系统800与另一系统之间的有线和/或无线通信。在实施方式中，通信电路815可包括无线通信电路(例如，基于电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准、蓝牙标准TM、ZigBeeTM标准或其他无线通信标准)、蜂窝电路或其他适当的通信电路。在一些情况下，通信电路815可被配置用于专有无线通信协议和接口。通信电路815可包括用于无线通信的天线，或者可与用于无线通信的天线通信。因此，在一个实施方式中，通信电路815可通过建立到手持装置、基站、无线路由器、集线器或其他无线网络装置的无线链路来处理、管理或以其他方式促进无线通信。
通信电路815可被配置为与有线网络接口，例如经由以太网接口、电力线调制解调器、数字用户线(DSL)调制解调器、公共交换电话网(PSTN)调制解调器、电缆调制解调器和/或其他用于有线通信的适当组件。替代地或另外地，通信电路815可支持专有的有线通信协议和接口。通信电路815可被配置为通过有线链路(例如，通过网络路由器、交换机、集线器或其他网络装置)进行通信，以用于有线通信。有线链路可用电力线电缆、同轴电缆、光纤电缆或支持相应有线网络技术的其他电缆或电线来实现。
输出装置接口820可将系统800耦接到一个或多个输出装置。输出装置接口820可包括图形和/或音频驱动器卡、图形和/或音频驱动器芯片，和/或图形和/或音频驱动器处理器。输出装置可使系统800能够向用户提供输出信息。例如，输出装置可包括一个或多个显示装置。显示装置可用于向用户显示信息。例如，响应于潜在有害光入射在光学限制器装置805上，显示装置可提供与潜在有害光相关的信息。该信息可包括相关光源的潜在位置、与周围区域相关联的图像(例如，以便于检测和/或识别附加威胁)，用于响应潜在有害光和/或其他威胁的指令，和/或用于请求来自用户的输入的提示(例如，提示请求用户批准发出警报)。显示装置可包括平板显示器、触摸屏显示器、发光二极管(LED)或者通常可在视觉上传达信息的任何装置。
输入装置接口825可将系统800耦接到一个或多个输入装置。输入装置可使用户能够向系统800提供(例如，输入)数据和命令。输入装置可包括例如音频传感器、麦克风、相机(静止或视频)、语音识别系统、键盘(例如，物理或虚拟键盘)、光标控制装置(例如，鼠标)、触摸屏和/或用于向系统800提供用户输入的其他装置。在这方面，可以以任何形式接收用户输入，例如音频(例如，语音)、视觉和/或触觉。在一些情况下，输入装置可与显示器集成在一起，并且也可以是显示器的一部分，例如在触摸屏显示器中。
定位电路830可用于监视系统800的位置。定位电路830可包括或者可与(例如，经由通信电路815)提供系统800的位置的全球定位系统(GPS)通信。
存储器835可用于存储用于促进系统800的操作的信息。作为非限制性实例，存储器835可包括非易失性存储器，诸如只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程(EEPROM)、闪存、非易失性随机存取存储器(NVRAM)等。存储器835可包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)等。存储器835可存储诸如要由系统800的各种组件(例如，处理电路810)执行的指令、要发送的缓冲信息(例如，通信电路815)和/或其他信的信息。在一些情况下，存储器835可存储诸如要响应于潜在有害光而执行的指令的信息。
电源840可供电以操作系统800，例如通过向系统800的各种组件供电。电源840可以是或可包括一个或多个电池(例如，可再充电电池、不可再充电电池)。替代地或另外地，电源840可以是或可包括一个或多个太阳能电池。太阳能电池可用于供电以操作系统800和/或为一个或多个可再充电电池充电。
另外，系统800可包括其他组件845。作为非限制性实例，其他组件845可用于实现系统800的任何特征，如各种应用所期望的那样(例如，雷达成像应用、监视应用、交付应用、建筑应用等)。总线850可用于促进系统800的各种组件之间的数据通信。
应注意，上面提供的尺寸方面(例如，热致变色材料的厚度、核心-壳结构的直径)是作为非限制性实例并且通常取决于应用。此外，如将理解的，这种尺寸方面通常是标称值并且与尺寸公差相关联。
在适用的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可将这里阐述的各种硬件组件和/或软件组件分成包括软件、硬件或两者的子组件。另外，在适用的情况下，预期软件组件可实现为硬件组件，反之亦然。
根据本公开的软件，例如程序代码和/或数据，可存储在一个或多个非暂时性机器可读介质上。还预期本文中标识的软件可使用一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统，联网和/或以其他方式实现。在适用的情况下，可改变本文描述的各种步骤的顺序，组合成复合步骤，和/或分成子步骤以提供本文描述的特征。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
条款1.一种用于促进孔保护的系统，该系统包括：
光学限制器装置，包括：
多个纳米结构，其中，所述多个纳米结构的至少一个子集被配置为：
接收入射光；和
响应所述入射光产生热量；和
热致变色材料，其中，所述多个纳米结构中的每一个与所述热致变色材料的相应部分接触，并且其中，所述热致变色材料的至少一部分被配置为：
响应于由所述多个纳米结构的子集产生的热量，从第一状态转变到第二状态；和
当所述热致变色材料的部分处于所述第二状态时阻挡所述入射光。
条款2.根据条款1所述的系统，其中，所述多个纳米结构的所述子集被配置为当所述入射光具有在频率范围内的频率并且具有至少阈值辐照度时响应于所述入射光通过振荡来产生所述热量。
条款3.根据条款2所述的系统，其中，所述阈值辐照度和所述频率范围至少部分地基于所述多个纳米结构的物理特性。
条款4.根据条款1所述的系统，其中，当所述热致变色材料的部分处于所述第二状态时，所述热致变色材料的部分被配置为通过吸收和/或散射所述入射光来阻挡所述入射光。
条款5.根据条款1所述的系统，其中，所述热致变色材料的部分配置成：
当所述热量将所述热致变色材料的部分增加到高于阈值温度的温度时，从所述第一状态转变到所述第二状态；和
当所述热致变色材料的部分降低到低于所述阈值温度的温度时，从所述第二状态转变到所述第一状态。
条款6.根据条款1所述的系统，还包括与所述热致变色材料接触的衬底层。
条款7.根据条款1所述的系统，其中，所述多个纳米结构中的至少一个包括核心和包围所述核心的壳。
条款8.根据条款1所述的系统，其中，所述多个纳米结构形成连续超材料层的一部分，并且其中，所述连续超材料层与所述热致变色材料接触。
条款9.根据条款1所述的系统，其中，所述系统是交通工具、传感器或可穿戴装置，其中，所述热致变色材料的部分被配置为当所述热致变色材料的部分处于所述第二状态时阻挡所述入射光以防止所述入射光到达所述系统的一个或多个操作员和/或所述系统的一个或多个组件。
条款10.根据条款9所述的系统，其中：
所述系统是一种飞行器；
所述系统还包括：
壳体；和
一个或多个接合元件，其耦接到所述壳体并且被配置为接收所述光学限制器装置；并且
所述光学限制器装置被配置成与所述一个或多个接合元件接合并选择性地将光传递到所述飞行器中。
条款11.一种制造条款1所述的系统的方法，所述方法包括：
提供衬底层；
将所述热致变色材料设置在所述衬底层上；
提供所述多个纳米结构，使得所述多个纳米结构中的每一个与所述热致变色材料接触；和
使所述光学限制器装置与所述一个或多个配置成接收所述光学限制器装置的接合元件接合。
条款12.根据条款11所述的方法，其中，提供所述多个纳米结构包括将所述多个纳米结构分布在整个所述热致变色材料中，使得所述多个纳米结构中的每一个至少部分地嵌入所述热致变色材料中。
条款13.根据条款11所述的方法，其中，提供所述多个纳米结构包括形成包括所述多个纳米结构的连续超材料层。
条款14.一种用于促进孔保护的方法，所述方法包括：
通过所述多个纳米结构的至少一个子集接收入射光，其中，所述多个纳米结构中的每一个与热致变色材料的相应部分接触；
通过所述多个纳米结构的子集产生响应于所述入射光的热量；
响应于由所述多个纳米结构的子集产生的热量，将所述热致变色材料的至少第一部分从第一状态转变到第二状态；和
当所述热致变色材料的所述第一部分处于所述第二状态时，通过所述热致变色材料的所述第一部分阻挡所述入射光。
条款15.根据条款14所述的方法，其中，当所述入射光具有波长范围内的波长并且具有至少阈值辐照度时，响应于所述入射光产生热量。
条款16.根据条款15所述的方法，还包括，当所述第一部分处于所述第二状态时，使得具有所述波长范围之外的波长和/或具有小于阈值辐照度的光通过所述热致变色材料的第二部分。
条款17.根据条款14所述的方法，其中，所述阻挡包括吸收和/或散射所述入射光。
条款18.根据条款14所述的方法，其中，所述当热量将所述热致变色材料的第一部分增加到高于阈值温度的温度时，所述热致变色材料的第一部分从所述第一状态转变到所述第二状态，该方法还包括当所述热致变色材料的第一部分降低到低于所述阈值温度的温度时，从所述第二状态转变到所述第一状态。
条款19.根据条款14所述的方法，其中，所述多个纳米结构中的至少一个包括核心和包围所述核心的壳。
条款20.根据条款14所述的方法，其中，所述多个纳米结构形成连续超材料层的一部分，并且其中，所述连续超材料层与所述热致变色材料接触。
上述实施方式说明但不限制本发明。还应该理解，根据本发明的原理可进行许多修改和变化。因此，本发明的范围仅由以下技术方案及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种用于促进孔保护的系统，所述系统包括：
光学限制器装置，包括：
多个纳米结构，其中，所述多个纳米结构的至少一个子集被配置为：
接收入射光；和
响应所述入射光产生热量；和
热致变色材料，其中，所述多个纳米结构中的每一个与所述热致变色材料的相应部分接触，并且其中，所述热致变色材料的至少一部分被配置为：
响应于由所述多个纳米结构的子集产生的热量，从第一状态转变到第二状态；和
当所述热致变色材料的部分处于所述第二状态时阻挡所述入射光。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个纳米结构的所述子集被配置为当所述入射光具有在频率范围内的频率并且具有至少阈值辐照度时响应于所述入射光通过振荡来产生所述热量。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述阈值辐照度和所述频率范围至少部分地基于所述多个纳米结构的物理特性。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述热致变色材料的部分处于所述第二状态时，所述热致变色材料的部分被配置为通过吸收和/或散射所述入射光来阻挡所述入射光。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热致变色材料的部分配置成：
当所述热量将所述热致变色材料的部分增加到高于阈值温度的温度时，从所述第一状态转变到所述第二状态；和
当所述热致变色材料的部分降低到低于所述阈值温度的温度时，从所述第二状态转变到所述第一状态。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述热致变色材料接触的衬底层。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个纳米结构中的至少一个包括核心和包围所述核心的壳。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个纳米结构形成连续超材料层的一部分，并且其中，所述连续超材料层与所述热致变色材料接触。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统是交通工具、传感器或可穿戴装置，其中，所述热致变色材料的部分被配置为当所述热致变色材料的部分处于所述第二状态时阻挡所述入射光以防止所述入射光到达所述系统的一个或多个操作员和/或所述系统的一个或多个组件。
10.根据权利要求9所述的系统，其中：
所述系统是飞行器；
所述系统还包括：
壳体；和
一个或多个接合元件，耦接到所述壳体并且被配置为接收所述光学限制器装置；并且
所述光学限制器装置被配置成与所述一个或多个接合元件接合并选择性地将光传递到所述飞行器中。
11.一种制造权利要求1所述的系统的方法，所述方法包括：
提供衬底层；
将热致变色材料设置在所述衬底层上；
提供多个纳米结构，使得所述多个纳米结构中的每一个与所述热致变色材料接触；和
使光学限制器装置与配置成接收所述光学限制器装置的一个或多个接合元件接合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，提供所述多个纳米结构包括将所述多个纳米结构分布在整个所述热致变色材料中，使得所述多个纳米结构中的每一个至少部分地嵌入所述热致变色材料中。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，提供所述多个纳米结构包括形成包括所述多个纳米结构的连续超材料层。
14.一种用于促进孔保护的方法，所述方法包括：
通过多个纳米结构的至少一个子集接收入射光，其中，所述多个纳米结构中的每一个与热致变色材料的相应部分接触；
响应于所述入射光，通过所述多个纳米结构的子集产生热量；
响应于由所述多个纳米结构的子集产生的热量，将所述热致变色材料的至少第一部分从第一状态转变到第二状态；和
当所述热致变色材料的所述第一部分处于所述第二状态时，通过所述热致变色材料的所述第一部分阻挡所述入射光。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，当所述入射光具有波长范围内的波长并且具有至少阈值辐照度时，响应于所述入射光产生热量。
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