[發明專利]基于電控液晶紅外發散平面微透鏡的紅外波束控制芯片

有效

• 申請號: 201410577371.6
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104298027B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 張新宇;雷宇;羅俊;佟慶;桑紅石;謝長生
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02F1/1343
• 分類號: G02F1/1343;G02F1/133;G02F1/29;G01J3/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春

技術領域

本發明屬于紅外波束精密測量與控制技術領域，更具體地，涉及一種基于電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列調變紅外波束形態的控光芯片。

背景技術

波束是光場在傳播過程中其能流輸運方向的可視化表征。管控紅外波束形態，是實現紅外能量高效傳輸，提高紅外激光加工效率，增強紅外成像探測效能，提升紅外抗干擾和攻擊能力以及環境適應性等的一個基本環節。一般而言，紅外波束形態與其在時空域中的能量輸運行為、效能和被利用方式等因素密切相關。典型的如高斯激光束可呈現較好的長程傳播性和較強的能量輸運效能，等幅平面波顯示均勻一致的能流分布等情形。近些年來，隨著技術的發展和應用領域的擴展，構建基于可調控的光場形態來管控波束，實現高效光加工、光通信、光探測、光對抗或光電信息轉換等，已受到廣泛關注和重視。

目前所普遍采用的紅外波束調控措施包括：(一)通過常規折射、衍射紅外光學透鏡或系統整形光束，得到形態相對固定的出射波束；(二)通過衍射結構改變波前得到空間傳輸行為相對固定的出射波場；(三)通過相位型MEMS結構或其陣列，基于所分割的子平面波前其相位延遲，得到特定形態的反射或透射波束；(四)通過多波束耦合或干涉，得到波束形態有限且相對固定的傳輸光場；(五)基于電控液晶相移器對光波的延遲作用調變波前，獲得有限形態的出射波束等。進入新世紀以來，發展小微型化的紅外波束管控技術來靈活構建和調變波束形態，已成為發展先進紅外光學精密測量與控制技術的一個重要方向和研發熱點。

現有的紅外波束管控方法其缺陷主要表現在以下方面：(一)由形狀固定的透鏡或透鏡組構成的光學系統，僅能構建形態固定的出射波束，通過透鏡間的機械移動進行波束調變則具有響應慢，功耗大，需要配置相對復雜的輔助驅控裝置；(二)空間光調制器基于對離散化操作形成的子平面波前進行傾角調變或相位延遲，通過微機械移動方式構建有限形態的出射波束，存在響應時間、機械慣性和機械運動需滿足連續性條件等方面的限制性影響；(三)衍射相位結構基于對所劃分的子波前進行有限程度的相位延遲，僅能形成形態有限且不可調變的出射波場；(四)通過構建復雜光路進行多波束干涉整形，僅能得到有限形態的復合波場；(五)由于體積、質量和工作模式等原因，目前主流的波束管控裝置一般難以靈活接入光路中或與其他光學光電結構耦合，無法用于復雜或特殊形態的波束構建與動態調變等。

近些年來，基于可見光譜域的電控液晶微透鏡進行波束整形和變換這一技術，已取得顯著進展，為解決上述紅外譜域的問題提供了一條新途徑。目前已具備的主要功能包括：(一)在陣列化液晶結構上施加電驅控信號，光束的匯聚、發散或相位延遲等可在離散形成的任意子波束處展開、凝固或調變；(二)液晶微透鏡的光束變換作用受先驗知識或光束處理結果的約束、干預或引導。目前，如何借鑒可見光譜域的小微型化電控液晶微透鏡技術，實現紅外譜域的特殊波束形態的成形并具備調變能力，已成為紅外光學精密測量與控制技術繼續發展所面臨的突出問題，迫切需要新的突破。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于電控液晶紅外發散平面微透鏡的紅外波束控制芯片，能實現特定形態紅外波束的電控成形與精細調變，易與其它紅外光學光電結構、電子和機械裝置等匹配耦合，環境適應性好。

為實現上述目的，本發明提供了一種紅外波束控制芯片，其特征在于，包括電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列；所述電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列包括液晶材料層，依次設置在所述液晶材料層上表面的第一液晶初始取向層、第一電隔離層、圖形化電極層、第一基片和第一紅外增透膜，以及依次設置在所述液晶材料層下表面的第二液晶初始取向層、第二電隔離層、公共電極層、第二基片和第二紅外增透膜；所述公共電極層由一層勻質導電膜構成；所述圖形化電極層由m×n元陣列分布的子電極構成，每個子電極均由圓形或方形導電膜構成，其中，m、n均為大于1的整數；所述電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列被劃分成m×n元陣列分布的單元電控液晶紅外發散平面微透鏡，所述單元電控液晶紅外發散平面微透鏡與所述子電極一一對應，每個子電極均位于對應的單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的中心，形成單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的上電極，所有單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的下電極由所述公共電極層提供。