[發明專利]一種基于電控液晶匯聚微透鏡的波前測量芯片

有效

• 申請號: 201410616547.4
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104330172B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 張新宇;佟慶;雷宇;羅俊;桑紅石;謝長生
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G02F1/29;G02F1/133
• 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

本發明屬于光學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匯聚微透鏡的波前測量芯片。

背景技術

波前是表征光波的一個基本參量。及時準確地獲得傳輸光場的波前信息，是分析光波的時空演化行為，與物質結構的互作用屬性，環境介質對傳輸光場的影響，攜帶和傳遞目標圖像信息的能力及其變動特征，以及對光場進行受控調變等的基礎和前提。迄今為止，已經發展了多種多樣的波前直接和間接測量方法。在具有小微型化特征的波前測量手段中，基于Shack-Hartmaan(SH)效應的波前快速測量架構，以其通過耦合CCD或CMOS光敏陣列與微納光束變換結構，執行點列圖像測量與波前快速生成以及兼容標準微電子工藝等屬性，在非破壞性和即插即測的波前實時檢測方面顯示了明顯優勢，受到廣泛關注和重視。目前，通過持續研發高性能的陣列化光敏結構，包括增大光敏器件陣列規模，縮小光敏元尺寸，采用量子線或量子點光敏結構，提高光敏材料的光電響應靈敏度，降低光敏結構噪聲，發展與光敏陣列單片集成的面陣聚束微透鏡和片時圖像信息處理模塊等方式，持續增強基于SH效應的芯片級波前測量能力。

目前，已獲得廣泛應用的基于SH效應的波前測量裝置，均基于特定形貌輪廓的面陣折射、衍射微透鏡與光敏陣列的匹配耦合，執行入射光波的離散化分割、子波束聚焦、點列圖像獲取與處理以及波前反演構建等操作。由于微透鏡不具備調焦、調控感光視場以及調變點擴散函數這一能力，在一些特殊場合無法有效發揮作用。如在目標高速趨近、遠離或劇烈變化等情況下，環境介質處在亞穩態甚至失穩態如典型的大氣湍流、高超聲速流場或非平衡態高溫氣體環境中，遭受強輻射、眩光、閃光或強激光照射，目標處在夜暗以及強度或亮度對比極為懸殊的界面環境等場合，將急劇降低甚至喪失波前測量能力，包括極端情況下的光敏設備損毀等情形。針對上述情況，目前主要通過改造主光學系統，發展專用圖像信息處理算法，構建將微透鏡陣列置于MEMS架構上來調變與CCD或CMOS光敏陣列間距等來應對，僅能解決部分問題或發揮極為有限的作用，且成本代價高，效能嚴重不足，迫切需要新的技術支撐手段。

近些年來，電控液晶微透鏡陣列技術發展迅速，已具備的主要功能包括：(一)平面端面的液晶微透鏡陣列，在電驅控信號作用下可以有效執行調焦、調控感光視場以及調變點擴散函數等操作；(二)液晶微透鏡的不同光匯聚態間的電控轉換時間已低至亞毫秒級，實驗室級的已低至微秒級；(三)液晶微透鏡其聚光能力的調變操作可依設定的電控順序展開，具備智能化控光特征；(四)平面端面且具有微米級液晶材料厚度的液晶微透鏡結構，可被靈活置入控光架構中或與其他光學光電機械結構耦合甚至集成；(五)具有通過調控電參數來維持或變更液晶折射率空間分布形態，有效適應器件供電波動、環境因素變化、目標特征變動以及需求情況這一特點。目前，如何基于電控液晶微透鏡技術發展適用于復雜背景環境和動態化條件下的靈巧波前測量手段，已成為光學精密測量與控制技術繼續發展所面臨的一個機遇性挑戰，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匯聚微透鏡的波前測量芯片，工作在可見光譜段，通過光學匯聚效能電調變的面陣電控液晶匯聚微透鏡與光敏陣列耦合執行光學波前測量操作，具有電調波前測量范圍大，體積和質量小，目標和環境適應性好，易與光學光電機械結構耦合等特點。