[發(fā)明專利]基于電控液晶紅外發(fā)散平面微柱鏡的紅外波束控制芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410579907.8
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104298029A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張新宇;雷宇;佟慶;羅俊;桑紅石;謝長生
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 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(xué)專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紅外波束精密測量與控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于電控液晶紅外發(fā)散平面微柱鏡陣列，電控構(gòu)建可調(diào)變的由陣列化微長方光孔有序排布構(gòu)成的圖形化光場的控光芯片。

背景技術(shù)

近些年來，基于表面浮雕輪廓的柱折射或柱衍射光發(fā)散微透鏡陣列，產(chǎn)生由陣列化微長方光孔有序排布構(gòu)建的特定形態(tài)光場這一技術(shù)，已在多個領(lǐng)域獲得應(yīng)用。典型的如大規(guī)模集成電路光刻工藝中的陣列化微長方光孔紅外光刻源，用于MEMS和MEOMS器件中的微長方形結(jié)構(gòu)陣列制作的紅外直寫光刻源，勻質(zhì)化的微長方光孔陣基準紅外輻射源，強功率激光束基于微長方光孔分隔的圖形化構(gòu)建，紅外光電芯片非光敏區(qū)域紅外入射輻射的陣列化驅(qū)離、感光效能增強與信噪比提高等。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的延伸和技術(shù)適用程度的擴展，構(gòu)建可電調(diào)陣列化微長方光孔其邊界亮度、清晰度、孔寬、提高孔內(nèi)漏光的消光比等的微長方光孔陣圖形化光場這一方面的需求，持續(xù)推動著該技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。

目前已獲得廣泛應(yīng)用的構(gòu)建微長方光孔陣紅外光場的典型方式包括：(一)通過表面浮雕輪廓固定的常規(guī)凹折射透鏡，得到結(jié)構(gòu)尺寸固定的微長方光孔陣光場，微長方光孔其形貌、孔寬、孔內(nèi)消光比和陣列化排布形態(tài)等均被固化；(二)通過衍射相位結(jié)構(gòu)基于波前調(diào)節(jié)得到遠場微長方光孔陣光場，所構(gòu)建的微長方光孔其圖形規(guī)則性差、邊界模糊以及孔內(nèi)消光比低，并隨衍射級次的變化顯示不同的結(jié)構(gòu)尺寸；(三)通過多波束干涉構(gòu)建的微長方光孔陣光場其微孔圖案近似線形、邊界模糊且孔內(nèi)消光比低，不具備微光孔結(jié)構(gòu)尺寸和形態(tài)的精細調(diào)變能力；(四)通過在光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置特殊的圖形架構(gòu)得到微長方光孔陣光場這一方式，受紅外光學(xué)系統(tǒng)更為明顯的本征衍射限約束，在微米尺度上存在微長方光孔的邊界模糊，孔內(nèi)存在較強漏光且無法調(diào)變微長方光孔結(jié)構(gòu)尺寸等問題；(五)目前在精細調(diào)變所構(gòu)造的陣列化微長方光孔其孔寬以及減少孔內(nèi)漏光等方面，需要通過兩組甚至多組級聯(lián)布置的陣列化微透鏡間的機械移動進行，響應(yīng)慢、狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間長且慣性大，需要配置相對復(fù)雜的輔助裝置，因機械運動的本征連續(xù)性而無法執(zhí)行任意的光學(xué)狀態(tài)切入或跳變，難以靈活接入紅外光路中或與其他紅外光學(xué)光電機械結(jié)構(gòu)耦合。進入新世紀以來，發(fā)展小微型化的可調(diào)變微長方光孔陣紅外光場技術(shù)，受到廣泛關(guān)注。

近些年來，基于可見光譜域的電控液晶微透鏡進行波束調(diào)控這一技術(shù)方式已取得顯著進展，為解決上述紅外譜域內(nèi)的問題提供了一條可能途徑。目前已具備的主要功能包括：(一)在陣列化液晶結(jié)構(gòu)上施加電驅(qū)控信號，光束發(fā)散可在所設(shè)定的狀態(tài)下展開、凝固或調(diào)變；(二)液晶微透鏡的光發(fā)散作用受先驗知識或光束變換結(jié)果的約束、干預(yù)或引導(dǎo)；(三)平面端面的陣列化液晶微透鏡可被靈活接入光路中或與其他光學(xué)光電機械結(jié)構(gòu)耦合甚至集成；(四)液晶結(jié)構(gòu)的驅(qū)控操作可基于極低功率電壓信號進行。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(shù)，實現(xiàn)特殊形態(tài)紅外光場的可調(diào)變構(gòu)建，已成為繼續(xù)發(fā)展紅外波束精密測量與控制技術(shù)所面臨的難點和瓶頸問題，迫切需要新的突破。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于電控液晶紅外發(fā)散平面微柱鏡的紅外波束控制芯片，能實現(xiàn)微長方光孔陣圖形化光場的電控成形與調(diào)變，易與其它紅外光學(xué)光電結(jié)構(gòu)、電子和機械裝置等匹配耦合，環(huán)境適應(yīng)性好。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)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(fā)散平面微柱鏡陣列；所述電控液晶紅外發(fā)散平面微柱鏡陣列包括液晶材料層，依次設(shè)置在所述液晶材料層上表面的第一液晶初始取向?qū)印⒌谝浑姼綦x層、圖形化電極層、第一基片和第一紅外增透膜，以及依次設(shè)置在所述液晶材料層下表面的第二液晶初始取向?qū)印⒌诙姼綦x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(zhì)導(dǎo)電膜構(gòu)成；所述圖形化電極層由其上布有m×n元陣列分布的長方孔對的一層勻質(zhì)導(dǎo)電膜構(gòu)成，所述長方孔對由兩個并排的長方形孔構(gòu)成，其中，m、n均為大于1的整數(shù)；所述電控液晶紅外發(fā)散平面微柱鏡陣列被劃分成m×n元陣列分布的單元電控液晶紅外發(fā)散平面微柱鏡，所述單元電控液晶紅外發(fā)散平面微柱鏡與所述長方孔對一一對應(yīng)，每個長方孔對均位于對應(yīng)的單元電控液晶紅外發(fā)散平面微柱鏡的中心，形成單元電控液晶紅外發(fā)散平面微柱鏡的上電極，所有單元電控液晶紅外發(fā)散平面微柱鏡的下電極由所述公共電極層提供。