[發明專利]一種雙模復合紅外電控液晶微透鏡陣列芯片

有效

• 申請號: 201410577611.2
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104298047A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 張新宇;羅俊;佟慶;雷宇;桑紅石;張天序;謝長生
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29;G02F1/1343;G02F1/133;G01J3/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

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，涉及一種雙模復合紅外電控液晶微透鏡陣列芯片。

背景技術

近些年來，基于光匯聚和光發散微透鏡陣列的耦合甚至集成，進行功能化光束變換這一技術快速發展，已在多個領域獲得應用。典型的如基于級聯配置的匯聚型微透鏡陣列間的交錯移動所構造的，靈巧光場掃描器和激光波束掃描投送器；耦合匯聚型與發散型微透鏡陣列來減小像差，調節匯聚型和發散型微透鏡陣列間距來調變視場、焦長、焦斑尺寸和焦深；有序調整交錯排布的多微透鏡陣列的分布形態和間距所構造的，靈巧高光譜分辨率譜波束選擇和調變器；耦合陣列化LED光源與級聯配置的微透鏡陣列，調變輻射場亮度分布和光能輸運形態；調節級聯微透鏡陣列間的位形排布實現激光束的可調變擴束、縮束或束出射方向改變等。隨著應用領域的擴展和技術水平的提升，構建通過相互固連的微透鏡陣列，實現可調變的束匯聚、束發散、束擴張、束收縮、束掃描、束變向、束形勻質化、束譜凝固和束譜調變等需求，對提高技術適應性、提升控光效能、擴大適用范圍、增強使用靈活性、提高與其他紅外光學光電裝置的匹配能力以及降低成本等，均具有廣泛和迫切的需求。

基于常規的匯聚型和發散型微透鏡陣列的匹配耦合，進行功能化束整形和束變換這一技術方式的缺陷主要表現在以下方面：(一)固定形貌輪廓的常規微透鏡因其光學性能的不變性，僅能通過改變微透鏡陣列間距或相對位置來構建特定的光束形態和光能輸運模式；(二)從表面形貌固定的陣列化微透鏡出射的光場不具備能態及形態的精細調變能力；(三)通過機械運動方式調變微透鏡陣列間的位置排布需要按照特定順序展開，響應慢，狀態轉換耗時長，慣性大，需要匹配復雜的輔助驅控裝置，因運動的本征連續性無法執行任意的狀態切入或跳變；(四)難以靈活接入光路中或與其他紅外光學光電結構耦合甚至集成。

近些年來，可電控調變光匯聚或光發散的液晶微透鏡技術發展迅速，為解決上述問題提供了新思路。目前已具備的主要功能包括：(一)基于圖案化電極驅控的微米級厚度液晶材料，可對光波進行精細化匯聚或發散處理，對焦長、焦斑尺寸、焦深和視場進行可調變操作；(二)液晶微透鏡的光場調控處理與所施加的電驅控信號存在一一對應關系，微透鏡的控光操作可在電參數范圍內通過隨意選取，即隨意選擇某一電控狀態展開，并可以通過調變電參數進行快速跳變；(三)由于可依照先驗知識或光束變換特征，對微透鏡的加電順序進行約束、干預或引導，具有明顯的智能化特征；(四)輕薄和平面端面的液晶微透鏡，可被靈活接入光路中或與其他紅外結構耦合甚至集成；(五)液晶微透鏡的功耗可低至微瓦級，驅控裝置可小微型化甚至與液晶結構集成。目前，如何靈巧化耦合甚至集成匯聚型與發散型液晶微透鏡陣列，實現特殊波束形態的功能化構建和調變，已成為紅外波束精密測量與控制技術繼續發展所面臨的難點問題，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，本發明提供了一種雙模復合紅外電控液晶微透鏡陣列芯片技術，其目的在于，實現特定形態紅外波束的電控成形與精細調變以及光學參數可變動范圍的顯著擴展，易與其它紅外光學光電機械結構耦合，環境適應性好。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種雙模復合紅外電控液晶微透鏡陣列芯片，包括：芯片殼體、電控散光液晶微透鏡陣列、以及電控聚光液晶微透鏡陣列，電控散光液晶微透鏡陣列與電控聚光液晶微透鏡陣列級聯耦合構成雙模復合電調架構，電控散光液晶微透鏡陣列與電控聚光液晶微透鏡陣列均設置在芯片殼體內部，二者彼此緊密貼合并與芯片殼體連接，且二者的光軸重合，電控散光液晶微透鏡陣列的光入射面和電控聚光液晶微透鏡陣列的光出射面分別通過芯片殼體頂面和底面的開口裸露出來，紅外光波進入芯片的雙模復合電調架構后，由電控散光液晶微透鏡陣列將其按照微透鏡的陣列規模和位置情況，離散化為陣列化子入射波束。各陣列化子入射波束與受控電場激勵下的液晶分子作用并進入電控聚光液晶微透鏡陣列，經由其微透鏡進行匯聚壓縮，再經耦合形成紅外出射波束輸出。

優選地，電控聚光液晶微透鏡陣列采用雙層結構，且上下層之間順次設置有第一基片、第一電極層、第一電隔離層、第一定向層、第一液晶層、第二定向層、第二基片、以及第二電極層，第一電極層和第二電極層分別固定在第一基片和第二基片上，第一電極層包括m×n個孔，其中m、n均為大于的整數，第一電極層的其余部分作為電極，且從第一電極層延伸出一根第一電極引線，第二電極層整體為電極，從該第二電極層延伸出一根第二電極引線和一根第三電極引線。