[发明专利]一种液晶基红外波束偏振控制芯片

说明书

技术领域

本发明属于红外波束精密测量与控制技术领域，更具体地，涉及一种液晶基红外波束偏振控制芯片。

背景技术

一般而言，从人造光源如相干性激光或多种冷热发光体出射的红外辐射，均具有特定偏振态。太阳、地球以及其他星体出射的偏振相对均匀的红外光，经大气散射、反射、透射或与其他物质结构作用后，呈现固定的受传播介质物性影响与约束的偏振形态，如典型的线偏振、圆偏振以及椭圆偏振等。特定形态与能态的物质结构，基于固有电磁架构对光波特定电磁振动取向的本征性共振响应，将影响和约束光波的电磁偏振行为，一般呈现强弱不一的指纹偏振性。研究与应用显示，红外辐射源其能量供给的波动性以及物质电磁结构本征振动的涨落性，均将影响辐射偏振的稳定性。局域大气流场的时域不稳定以及空变性，也将弱化光波的指纹偏振特征。目前广泛使用的红外偏振控制措施主要包括：(一)通过红外偏振片选通特定偏振取向的红外波束；(二)通过红外双折射晶体，获取特定偏振态的红外出射波束；(三)通过界面处的反射或折射效应，获取特定优势偏振取向的红外波束；(四)通过耦合多束偏振光，得到具有特定空间偏振分布的传输光场；(五)通过控制相互耦合的多波束相差，实现复合波束偏振态的凝固与微调变等。进入新世纪以来，发展小微型化的红外偏振管控技术，灵活构建以及调变波束的矢量性电磁振动形态，已成为发展红外波束精密测量与控制技术的一个重要方向，受到广泛关注与重视。

目前用于构建和调变红外偏振态的技术措施其缺陷主要有：(一)基于离散排布的红外偏振器材仅能建立特定红外电磁振动取向以及进行微调变；(二)通过红外膜系构建波束的特定偏振态存在波谱范围相对狭窄，偏振态相对固定，仅能通过覆膜基片间的相对运动进行偏振微调变；(三)通过多波束干涉仅能建立特定取向的偏振态以及进行微调变；(四)基于衍射效应仅能在较大空域内整体性构建特定偏振光场，通过调节衍射结构相位来调变波束偏振态的作用十分有限；(五)由于体积、质量和工作模式等原因，可构建或能有限管控偏振行为的结构装置，难以灵活接入光路中或与其他红外结构耦合；(六)常规偏振技术难以基于现代微纳光学光电技术进行可调变的芯片化改造。

近些年来，利用液晶材料折射率的电控调变效应，执行基于红外传输波束相位延迟的可调变换这一技术方式已取得显著进展，为构建小微型化的偏振控制架构提供了一条有效途径。目前已具备的典型功能主要有：(一)在阵列化液晶结构上加载电驱控信号，可实现液晶材料特定介电状态的电控展开、凝固或调变，红外光波的相位延迟可时序或空变展开；(二)液晶材料折射率的电控构建与调变可由低功率信号驱控液晶结构进行，驱控信号如典型的电压信号其均方值或信号频率等，与液晶材料折射率呈现一一对应关系，加载电驱控信号与建立稳定偏振态的时间常数在亚毫秒级(目前实验室级器件最快已达到微秒级)，可保证偏振态的快速建立、凝固或调变；(三)驱控信号与光波偏振态间的唯一性关系，意味着偏振控制可量化接受先验知识或成像情况的约束、干预或引导，具有智能化特征。目前，如何基于小微型化的电控液晶偏振技术控制红外偏振态，已成为红外波束精密测量与控制技术继续发展所面临的难点问题，迫切需要新的突破。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了液晶基红外波束偏振控制芯片，其可实现红外波束其特定偏振态的电控构建、凝固或调变，易与其它红外光学光电机械结构耦合，环境适应性好。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种液晶基红外波束偏振控制芯片，包括阵列化液晶偏振控制结构，阵列化液晶偏振控制结构为m×n元，其中，m、n均为大于1的整数，各单元结构具有水平、垂直、45°和135°取向的四个微方形线簇块，阵列化液晶偏振控制结构采用夹层结构，且从下至上顺次设置有第一基片、第一图案化电极层、第一图案化液晶定向层、第二图案化液晶定向层、第二图案化电极层、第二基片、第一电隔离层、液晶层、第二电隔离层，第一图案化电极层包括m×n个由四块相互紧贴的微方形子电极构成的单元图案化电极，从每个单元图案化电极中的四个微方形子电极分别延伸出一根电极引线，各单元图案化电极中相同位置处的微方形子电极所延伸出的电极引线相互连接，从而构成第一、第二、第三和第四电极引线，第二图案化电极层包括m×n个由四块相互紧贴的微方形子电极构成的单元图案化电极，从每个单元图案化电极中的四个微方形子电极分别延伸出一根电极引线并相互连接，构成公共电极引线。