[發明專利]一種紅外液晶相控陣芯片

有效

• 申請號: 201410615813.1
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104330931A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 張新宇;羅俊;佟慶;雷宇;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，涉及一種紅外液晶相控陣芯片。

背景技術

迄今為止，基于電磁波調相技術實現電磁波束的任意形態構建、可調向投送、電控空間掃描、特定方位或空域波束凝聚等的射頻相控陣技術，在雷達領域顯示出強大效能。尋找適用于紅外波段的電磁波束調相手段，實現與射頻電磁波具有類似的束構建、束投送與束空間掃描等功能，目前已成為紅外波束工程的研發熱點。隨著紅外波束技術的持續快速發展和應用領域的不斷擴展，發展可有效構建特殊形態的聚能紅外波束，靈活實現擴束、縮束、散束或聚束操作，將紅外波束凝聚到特定方位或空域，隨環境、目標以及需求靈活調變束指向，實現基于先驗知識或目標情況的電控束空間掃描，增強與其他紅外光學光電機械裝置的耦合與匹配效能等的紅外相控陣技術，受到了廣泛關注和重視。

目前，已廣泛應用的紅外波束構建、整形與投送技術，大多基于常規的具有固定輪廓形態的折射或衍射透鏡架構進行，可實現的束構建和束整形效能有限，可調向束投射一般通過機械擺動方式完成。主要技術缺陷表現在以下方面：(一)光學以及輔助執行機構的體積、質量和慣性大，功能相對單一，需配置較為繁雜的驅控裝置，響應慢，狀態轉換時間長，因機械運動的固有連續性難以進行束狀態的任意構建、切換或跳變；(二)所使用的紅外光學組件如典型的棱鏡、透鏡、反射鏡和散光鏡，以及所制作的多種光學膜系如典型的增反、增透以及半反半透膜等，均具有相對狹窄的譜適用范圍，存在隨紅外頻譜成分的變化難以完全抵消的色差或像差。束空間掃描常基于擺鏡或微透鏡陣列間的往復式機械平動實現，存在特殊轉動或平動所約束的掃描方式單一，性能指標有限，存在較大機械慣性，需配置相對復雜的輔助驅控裝置，狀態更替慢，束掃描操作僅能依照設定的順序進行，不能實現任意形式的束掃描、區域性凝聚與掃描難以共存或快速切換等缺陷。

近些年來，基于低功耗的陣列化電控液晶微光學結構，進行特定形態紅外波束的構建、整形、擺動與投送技術已取得顯著進展，目前已實現的主要功能包括：(一)陣列化液晶微結構其折射率的電控激勵與調變可通過施加低功率電驅控信號展開，折射率的穩態轉換時間常數已低至亞毫秒級，實驗室級的已低至微秒級；(二)可實現波束匯聚與發散模態的電控切換，可有效執行電控聚焦、調焦與擺焦操作，以及光束發散程度的電控調節；(三)可基于液晶折射率的電控構建與調變有效進行光波前的時序或空變調節；(四)對波束的調相以及整形變換可依據設定的電控順序展開、凝固或調變，從而具備基于先驗知識、波束情況或需求進行約束、干預或引導的能力；(五)平面端面且具有微米級液晶材料厚度的超薄液晶結構，可被靈活接入光路中或與其他光學光電機械結構耦合甚至集成；(六)具有通過調控電參數來維持或變更波束形態，有效適應波束頻譜變化、器件供電波動、環境因素改變以及目標特征變動這一特點。目前，如何基于小微型化的電控液晶結構對紅外波束的電控變換作用，構建與射頻相控陣類似的紅外相控陣，已成為紅外波束精密測量與控制技術繼續發展所需解決的困難和瓶頸問題，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，本發明提供了一種紅外液晶相控陣芯片，能靈活構建紅外波束形態，有效實現電控擴束、縮束、散束、聚束、束調向以及束掃描等功能，易與其它紅外光學光電機械結構耦合，光場適應性好。

為實現上述目的，本發明提供了一種紅外液晶相控陣芯片，其特征在于，包括電控液晶調相微柱陣列；所述電控液晶調相微柱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，每個子電極均由正方形或長方形導電膜構成，其中，m、n均為大于1的整數；所述電控液晶調相微柱陣列被劃分成m×n元陣列分布的電控液晶調相微柱，所述電控液晶調相微柱與所述子電極一一對應，每個子電極均位于對應的電控液晶調相微柱的中心，形成電控液晶調相微柱的上電極，所有電控液晶調相微柱的下電極由所述公共電極層提供；單個子電極的面積與對應的電控液晶調相微柱的光接收面積的比值為電極填充系數，所述電極填充系數為50％～95％。