[发明专利]基于电控液晶红外发散平面微柱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柱镜阵列，电控构建可调变的由阵列化微长方光孔有序排布构成的图形化光场的控光芯片。

背景技术

近些年来，基于表面浮雕轮廓的柱折射或柱衍射光发散微透镜阵列，产生由阵列化微长方光孔有序排布构建的特定形态光场这一技术，已在多个领域获得应用。典型的如大规模集成电路光刻工艺中的阵列化微长方光孔红外光刻源，用于MEMS和MEOMS器件中的微长方形结构阵列制作的红外直写光刻源，匀质化的微长方光孔阵基准红外辐射源，强功率激光束基于微长方光孔分隔的图形化构建，红外光电芯片非光敏区域红外入射辐射的阵列化驱离、感光效能增强与信噪比提高等。随着应用领域的延伸和技术适用程度的扩展，构建可电调阵列化微长方光孔其边界亮度、清晰度、孔宽、提高孔内漏光的消光比等的微长方光孔阵图形化光场这一方面的需求，持续推动着该技术的发展和创新。

目前已获得广泛应用的构建微长方光孔阵红外光场的典型方式包括：(一)通过表面浮雕轮廓固定的常规凹折射透镜，得到结构尺寸固定的微长方光孔阵光场，微长方光孔其形貌、孔宽、孔内消光比和阵列化排布形态等均被固化；(二)通过衍射相位结构基于波前调节得到远场微长方光孔阵光场，所构建的微长方光孔其图形规则性差、边界模糊以及孔内消光比低，并随衍射级次的变化显示不同的结构尺寸；(三)通过多波束干涉构建的微长方光孔阵光场其微孔图案近似线形、边界模糊且孔内消光比低，不具备微光孔结构尺寸和形态的精细调变能力；(四)通过在光学系统中设置特殊的图形架构得到微长方光孔阵光场这一方式，受红外光学系统更为明显的本征衍射限约束，在微米尺度上存在微长方光孔的边界模糊，孔内存在较强漏光且无法调变微长方光孔结构尺寸等问题；(五)目前在精细调变所构造的阵列化微长方光孔其孔宽以及减少孔内漏光等方面，需要通过两组甚至多组级联布置的阵列化微透镜间的机械移动进行，响应慢、状态转换时间长且惯性大，需要配置相对复杂的辅助装置，因机械运动的本征连续性而无法执行任意的光学状态切入或跳变，难以灵活接入红外光路中或与其他红外光学光电机械结构耦合。进入新世纪以来，发展小微型化的可调变微长方光孔阵红外光场技术，受到广泛关注。

近些年来，基于可见光谱域的电控液晶微透镜进行波束调控这一技术方式已取得显著进展，为解决上述红外谱域内的问题提供了一条可能途径。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，光束发散可在所设定的状态下展开、凝固或调变；(二)液晶微透镜的光发散作用受先验知识或光束变换结果的约束、干预或引导；(三)平面端面的阵列化液晶微透镜可被灵活接入光路中或与其他光学光电机械结构耦合甚至集成；(四)液晶结构的驱控操作可基于极低功率电压信号进行。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，实现特殊形态红外光场的可调变构建，已成为继续发展红外波束精密测量与控制技术所面临的难点和瓶颈问题，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柱镜的红外波束控制芯片，能实现微长方光孔阵图形化光场的电控成形与调变，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柱镜阵列；所述电控液晶红外发散平面微柱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其上布有m×n元阵列分布的长方孔对的一层匀质导电膜构成，所述长方孔对由两个并排的长方形孔构成，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柱镜阵列被划分成m×n元阵列分布的单元电控液晶红外发散平面微柱镜，所述单元电控液晶红外发散平面微柱镜与所述长方孔对一一对应，每个长方孔对均位于对应的单元电控液晶红外发散平面微柱镜的中心，形成单元电控液晶红外发散平面微柱镜的上电极，所有单元电控液晶红外发散平面微柱镜的下电极由所述公共电极层提供。