基于電控液晶紅外發散平面微透鏡的紅外波束控制芯片制造技術

本實用新型專利技術公開了一種基于電控液晶紅外發散平面微透鏡的紅外波束控制芯片。其包括電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列；電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列包括液晶材料層，依次設置在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；公共電極層由一層勻質導電膜構成；圖形化電極層由m×n元陣列分布的子電極構成，每個子電極均由圓形或方形導電膜構成。本實用新型專利技術能實現特定形態紅外波束的電控成形與精細調變，易與其它紅外光學光電結構、電子和機械裝置等匹配耦合，環境適應性好。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
基于電控液晶紅外發散平面微透鏡的紅外波束控制芯片
本技術屬于紅外波束精密測量與控制
，更具體地，涉及一種基于電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列調變紅外波束形態的控光芯片。
技術介紹
波束是光場在傳播過程中其能流輸運方向的可視化表征。管控紅外波束形態，是實現紅外能量高效傳輸，提高紅外激光加工效率，增強紅外成像探測效能，提升紅外抗干擾和攻擊能力以及環境適應性等的一個基本環節。一般而言，紅外波束形態與其在時空域中的能量輸運行為、效能和被利用方式等因素密切相關。典型的如高斯激光束可呈現較好的長程傳播性和較強的能量輸運效能，等幅平面波顯示均勻一致的能流分布等情形。近些年來，隨著技術的發展和應用領域的擴展，構建基于可調控的光場形態來管控波束，實現高效光加工、光通信、光探測、光對抗或光電信息轉換等，已受到廣泛關注和重視。 目前所普遍采用的紅外波束調控措施包括:(一)通過常規折射、衍射紅外光學透鏡或系統整形光束，得到形態相對固定的出射波束；(二)通過衍射結構改變波前得到空間傳輸行為相對固定的出射波場；(三)通過相位型1213結構或其陣列，基于所分割的子平面波前其相位延遲，得到特定形態的反射或透射波束；(四)通過多波束耦合或干涉，得到波束形態有限且相對固定的傳輸光場；(五)基于電控液晶相移器對光波的延遲作用調變波前，獲得有限形態的出射波束等。進入新世紀以來，發展小微型化的紅外波束管控技術來靈活構建和調變波束形態，已成為發展先進紅外光學精密測量與控制技術的一個重要方向和研發熱點。 現有的紅外波束管控方法其缺陷主要表現在以下方面:(一)由形狀固定的透鏡或透鏡組構成的光學系統，僅能構建形態固定的出射波束，通過透鏡間的機械移動進行波束調變則具有響應慢，功耗大，需要配置相對復雜的輔助驅控裝置；(二)空間光調制器基于對離散化操作形成的子平面波前進行傾角調變或相位延遲，通過微機械移動方式構建有限形態的出射波束，存在響應時間、機械慣性和機械運動需滿足連續性條件等方面的限制性影響；(三)衍射相位結構基于對所劃分的子波前進行有限程度的相位延遲，僅能形成形態有限且不可調變的出射波場；(四)通過構建復雜光路進行多波束干涉整形，僅能得到有限形態的復合波場；(五)由于體積、質量和工作模式等原因，目前主流的波束管控裝置一般難以靈活接入光路中或與其他光學光電結構耦合，無法用于復雜或特殊形態的波束構建與動態調變等。 近些年來，基于可見光譜域的電控液晶微透鏡進行波束整形和變換這一技術，已取得顯著進展，為解決上述紅外譜域的問題提供了一條新途徑。目前已具備的主要功能包括:(一)在陣列化液晶結構上施加電驅控信號，光束的匯聚、發散或相位延遲等可在離散形成的任意子波束處展開、凝固或調變；(二)液晶微透鏡的光束變換作用受先驗知識或光束處理結果的約束、干預或引導。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，實現紅外譜域的特殊波束形態的成形并具備調變能力，已成為紅外光學精密測量與控制技術繼續發展所面臨的突出問題，迫切需要新的突破。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本技術提供了一種基于電控液晶紅外發散平面微透鏡的紅外波束控制芯片，能實現特定形態紅外波束的電控成形與精細調變，易與其它紅外光學光電結構、電子和機械裝置等匹配耦合，環境適應性好。 為實現上述目的，本技術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散平面微透鏡陣列；所述電控液晶紅外發散平面微透鏡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mXn元陣列分布的子電極構成，每個子電極均由圓形或方形導電膜構成，其中，m、η均為大于I的整數；所述電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列被劃分成mXn元陣列分布的單元電控液晶紅外發散平面微透鏡，所述單元電控液晶紅外發散平面微透鏡與所述子電極一一對應，每個子電極均位于對應的單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的中心，形成單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的上電極，所有單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的下電極由所述公共電極層提供。 優選地，單個子電極的面積與對應的單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的光接收面積的比值被稱為電極填充系數，所述電極填充系數為4%?16%。 優選地，所述控制芯片還包括芯片外殼；所述電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列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前后兩個端面上正對的開孔裸露在外；所述芯片外殼的側面設置有驅控信號輸入端口。 優選地，各子電極通過導線相互連通并引出，形成圖形化電極層引線；公共電極層引線和圖形化電極層引線接入所述驅控信號輸入端口。 總體而言，通過本技術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、波束的快速發散成形與調變。本技術基于電驅控的液晶紅外發散平面微透鏡陣列，實現紅外波束的離散化分割、發散與耦合出射，具有將出射波束凝固在特定形態或調變到預定形態的優點。 2、波束控制方式靈活。通過在液晶紅外發散平面微透鏡陣列其圖形化金屬電極和公共金屬電極上的快速加電，可實現基于陣列化微光孔有序排布的出射光場其光能分布的快速調變。 3、智能化。通過調變加載在電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列上的電壓信號頻率或幅度，對波束形態進行的調變操作可在先驗知識或波束處理結果的約束、干預或引導下展開，具有智能化特征。 4、控制精度高。由于本技術采用電驅控的液晶平面微透鏡，具有極高的結構、電學及電光參數的穩定性和控制精度，具有控制精度高的優點。 5、使用方便。本技術的芯片主體為封裝在芯片外殼內的液晶紅外發散平面微透鏡陣列，在紅外光路中接插方便，易與常規紅外光學光電機械結構匹配f禹合。 【附圖說明】 圖1是本技術實施例的基于電控液晶紅外發散平面微透鏡的紅外波束控制芯片的結構示意圖； 圖2是本技術一個實施例的電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列的結構示意圖； 圖3是本技術另一個實施例的電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列的結構示意圖； 圖4是電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列的剖面示意圖； 圖5是單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的工作原理示意圖。 在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:1_驅控信號輸入端口，2-電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列,3-芯片外殼。 【具體實施方式】 為了使本技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。此外，下面所描述的本技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。 如圖1所示，本技術實施例的基于電控液晶紅外發散平面微透鏡的紅外波束控制芯片包括芯片外殼3和電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列2。電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列2封裝在芯片外殼3內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種紅外波束控制芯片，其特征在于，包括電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列；所述電控液晶紅外發散平面微透鏡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，每個子電極均由圓形或方形導電膜構成，其中，m、n均為大于1的整數；所述電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列被劃分成m×n元陣列分布的單元電控液晶紅外發散平面微透鏡，所述單元電控液晶紅外發散平面微透鏡與所述子電極一一對應，每個子電極均位于對應的單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的中心，形成單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的上電極，所有單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的下電極由所述公共電極層提供。

【技術特征摘要】
1.一種紅外波束控制芯片，其特征在于，包括電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列；所述電控液晶紅外發散平面微透鏡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mXn元陣列分布的子電極構成，每個子電極均由圓形或方形導電膜構成，其中，m、n均為大于I的整數； 所述電控液晶紅外發散平面微透鏡陣列被劃分成mXn元陣列分布的單元電控液晶紅外發散平面微透鏡，所述單元電控液晶紅外發散平面微透鏡與所述子電極一一對應，每個子電極均位于對應的單元電控液晶紅外發散平面微透鏡的中心，形成單元電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張新宇，雷宇，羅俊，佟慶，桑紅石，謝長生，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：新型
國別省市：湖北;42