[发明专利]基于电控液晶红外发散平面微透镜的红外波束控制芯片

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，涉及一种基于电控液晶红外发散平面微透镜阵列调变红外波束形态的控光芯片。

背景技术

波束是光场在传播过程中其能流输运方向的可视化表征。管控红外波束形态，是实现红外能量高效传输，提高红外激光加工效率，增强红外成像探测效能，提升红外抗干扰和攻击能力以及环境适应性等的一个基本环节。一般而言，红外波束形态与其在时空域中的能量输运行为、效能和被利用方式等因素密切相关。典型的如高斯激光束可呈现较好的长程传播性和较强的能量输运效能，等幅平面波显示均匀一致的能流分布等情形。近些年来，随着技术的发展和应用领域的扩展，构建基于可调控的光场形态来管控波束，实现高效光加工、光通信、光探测、光对抗或光电信息转换等，已受到广泛关注和重视。

目前所普遍采用的红外波束调控措施包括：(一)通过常规折射、衍射红外光学透镜或系统整形光束，得到形态相对固定的出射波束；(二)通过衍射结构改变波前得到空间传输行为相对固定的出射波场；(三)通过相位型MEMS结构或其阵列，基于所分割的子平面波前其相位延迟，得到特定形态的反射或透射波束；(四)通过多波束耦合或干涉，得到波束形态有限且相对固定的传输光场；(五)基于电控液晶相移器对光波的延迟作用调变波前，获得有限形态的出射波束等。进入新世纪以来，发展小微型化的红外波束管控技术来灵活构建和调变波束形态，已成为发展先进红外光学精密测量与控制技术的一个重要方向和研发热点。

现有的红外波束管控方法其缺陷主要表现在以下方面：(一)由形状固定的透镜或透镜组构成的光学系统，仅能构建形态固定的出射波束，通过透镜间的机械移动进行波束调变则具有响应慢，功耗大，需要配置相对复杂的辅助驱控装置；(二)空间光调制器基于对离散化操作形成的子平面波前进行倾角调变或相位延迟，通过微机械移动方式构建有限形态的出射波束，存在响应时间、机械惯性和机械运动需满足连续性条件等方面的限制性影响；(三)衍射相位结构基于对所划分的子波前进行有限程度的相位延迟，仅能形成形态有限且不可调变的出射波场；(四)通过构建复杂光路进行多波束干涉整形，仅能得到有限形态的复合波场；(五)由于体积、质量和工作模式等原因，目前主流的波束管控装置一般难以灵活接入光路中或与其他光学光电结构耦合，无法用于复杂或特殊形态的波束构建与动态调变等。

近些年来，基于可见光谱域的电控液晶微透镜进行波束整形和变换这一技术，已取得显著进展，为解决上述红外谱域的问题提供了一条新途径。目前已具备的主要功能包括：(一)在阵列化液晶结构上施加电驱控信号，光束的汇聚、发散或相位延迟等可在离散形成的任意子波束处展开、凝固或调变；(二)液晶微透镜的光束变换作用受先验知识或光束处理结果的约束、干预或引导。目前，如何借鉴可见光谱域的小微型化电控液晶微透镜技术，实现红外谱域的特殊波束形态的成形并具备调变能力，已成为红外光学精密测量与控制技术继续发展所面临的突出问题，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，本发明提供了一种基于电控液晶红外发散平面微透镜的红外波束控制芯片，能实现特定形态红外波束的电控成形与精细调变，易与其它红外光学光电结构、电子和机械装置等匹配耦合，环境适应性好。

为实现上述目的，本发明提供了一种红外波束控制芯片，其特征在于，包括电控液晶红外发散平面微透镜阵列；所述电控液晶红外发散平面微透镜阵列包括液晶材料层，依次设置在所述液晶材料层上表面的第一液晶初始取向层、第一电隔离层、图形化电极层、第一基片和第一红外增透膜，以及依次设置在所述液晶材料层下表面的第二液晶初始取向层、第二电隔离层、公共电极层、第二基片和第二红外增透膜；所述公共电极层由一层匀质导电膜构成；所述图形化电极层由m×n元阵列分布的子电极构成，每个子电极均由圆形或方形导电膜构成，其中，m、n均为大于1的整数；所述电控液晶红外发散平面微透镜阵列被划分成m×n元阵列分布的单元电控液晶红外发散平面微透镜，所述单元电控液晶红外发散平面微透镜与所述子电极一一对应，每个子电极均位于对应的单元电控液晶红外发散平面微透镜的中心，形成单元电控液晶红外发散平面微透镜的上电极，所有单元电控液晶红外发散平面微透镜的下电极由所述公共电极层提供。