[實用新型]基于電控液晶雙模微透鏡的控光芯片

有效

• 申請號: 201420657591.5
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN204129399U
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 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

本實用新型屬于光學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雙模微透鏡的控光芯片。

背景技術

近些年來，電控液晶微透鏡技術快速發展，已展現出較強的電調焦、電擺焦、電控波前、電調點擴散函數、電控焦深、電選通光孔徑、電調感光視場、電切換光匯聚與光發散模態、電調波束發散形態和程度等能效特征。液晶材料的穩定控光態間的時間常數，目前已低至亞毫秒級，實驗室級的已低至微秒級。液晶微透鏡的控光操作，已可以做到按照特定加電順序有序展開，以及基于電學閾值以上的加電隨意性所具備的智能化控光等。電控液晶微透鏡因其僅使用微米級厚度的液晶材料所具有的輕薄特征，可被靈活置入光路中或基于標準微電子工藝構建的現代微光學光電架構中。其特征性的光學性能的電激勵和電調變特性，已展現出通過調節電參數來有效維持或變更液晶材料折射率的特定空間分布形態，適應器件的供電波動、環境因素變化、目標特征變動以及需求變更等所意味的，在實現微納光學自適應調控變換方面的極大發展潛力。目前，如何進一步發展性能更為優良的電控液晶微透鏡技術，已受到廣泛關注并成為研發熱點。

目前主流的電控液晶微透鏡架構為：增透膜+基片+圖形化合金電極+液晶初始取向層+微米級厚度液晶材料+液晶初始取向層+公共合金電極+基片+增透膜。在可見光近紅外譜域所廣泛采用的合金電極材料多為氧化銦錫(ITO)。上述典型架構的缺陷主要包括：(一)光波透過率一般在85％左右，對更高透過率要求而言則需額外制作增透膜系；(二)膜合金電極材料存在譜透過率不均勻性，在若干光頻處甚至會衰減到最大透過率值的一半以上；(三)合金材料中的載流子如陽離子和電子等，有時會穿透液晶初始取向層滲透進液晶材料中，通過與液晶分子的極性基團中和，使液晶分子喪失電控介電能力，從而顯著降低控光效能并顯著縮短器件壽命；(四)由于金屬材料存在較大電阻，其熱效應和較高頻率電磁信號驅控下的趨膚效應，將嚴重影響施加在液晶材料中的空間電場的構建效能，從而顯著降低器件控光能力。因此，進一步發展高性能電控液晶微透鏡的一個重要著力點是：尋找光學和電學性能更為優良，與液晶材料匹配能力更強的電極材料。

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種基于電控液晶雙模微透鏡的控光芯片，能執行波束的陣列化光匯聚或光發散變換操作，該操作依雙路驅控電壓信號展開、凝固或切換，具有光學波束調變能力強，電光性能優越，環境適應性好，易與其它光學光電機械結構匹配等特點。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種基于電控液晶雙模微透鏡的控光芯片，其特征在于，包括面陣電控液晶雙模微透鏡；所述面陣電控液晶雙模微透鏡包括液晶材料層，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、第一電極層、電絕緣層、第二電極層、第一基片和第一增透膜，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、公共電極層、第二基片和第二增透膜；所述第一電極層由其上布有m×n元陣列分布的圓孔的一層勻質石墨烯膜構成，其中，m、n均為大于1的整數，所述公共電極層和第二電極層分別由一層與所述第一電極層同質的勻質石墨烯膜構成；所述面陣電控液晶雙模微透鏡被劃分成m×n元陣列分布的單元電控液晶雙模微透鏡，所述單元電控液晶雙模微透鏡與所述圓孔一一對應，每個圓孔均位于對應的單元電控液晶雙模微透鏡的中心，形成單元電控液晶雙模微透鏡的第一上電極，所有單元電控液晶雙模微透鏡的第二上電極由所述第二電極層提供，所有單元電控液晶雙模微透鏡的下電極由所述公共電極層提供。

優選地，單個圓孔的面積與對應的單元電控液晶雙模微透鏡的光接收面積的比值為電極開孔系數，所述電極開孔系數為5％～25％。

優選地，所述控光芯片還包括芯片外殼；所述面陣電控液晶雙模微透鏡封裝在所述芯片外殼內并與所述芯片外殼固連，其光入射面和光出射面通過所述芯片外殼的頂部和底部開口裸露在外；所述芯片外殼的側面設置有驅控信號輸入端口。

優選地，所述第一電極層、第二電極層和公共電極層各通過一根導線引出，形成的第一電極層引線、第二電極層引線和公共電極層引線均接入所述驅控信號輸入端口。

總體而言，通過本實用新型所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：

1、控光能力強。基于石墨烯材料極佳的電傳導和空間電場構建能力，以及其極高的光透過和導熱效能，使本實用新型的控光芯片具備極為優良的電學和電光控制能力以及光學變換效能。