[实用新型]一种双模复合红外电控液晶微透镜阵列芯片

说明书

技术领域

本实用新型属于红外波束精密测量与控制技术领域，更具体地，涉及一种双模复合红外电控液晶微透镜阵列芯片。

背景技术

近些年来，基于光汇聚和光发散微透镜阵列的耦合甚至集成，进行功能化光束变换这一技术快速发展，已在多个领域获得应用。典型的如基于级联配置的汇聚型微透镜阵列间的交错移动所构造的，灵巧光场扫描器和激光波束扫描投送器；耦合汇聚型与发散型微透镜阵列来减小像差，调节汇聚型和发散型微透镜阵列间距来调变视场、焦长、焦斑尺寸和焦深；有序调整交错排布的多微透镜阵列的分布形态和间距所构造的，灵巧高光谱分辨率谱波束选择和调变器；耦合阵列化LED光源与级联配置的微透镜阵列，调变辐射场亮度分布和光能输运形态；调节级联微透镜阵列间的位形排布实现激光束的可调变扩束、缩束或束出射方向改变等。随着应用领域的扩展和技术水平的提升，构建通过相互固连的微透镜阵列，实现可调变的束汇聚、束发散、束扩张、束收缩、束扫描、束变向、束形匀质化、束谱凝固和束谱调变等需求，对提高技术适应性、提升控光效能、扩大适用范围、增强使用灵活性、提高与其他红外光学光电装置的匹配能力以及降低成本等，均具有广泛和迫切的需求。

基于常规的汇聚型和发散型微透镜阵列的匹配耦合，进行功能化束整形和束变换这一技术方式的缺陷主要表现在以下方面：(一)固定形貌轮廓的常规微透镜因其光学性能的不变性，仅能通过改变微透镜阵列间距或相对位置来构建特定的光束形态和光能输运模式；(二)从表面形貌固定的阵列化微透镜出射的光场不具备能态及形态的精细调变能力；(三)通过机械运动方式调变微透镜阵列间的位置排布需要按照特定顺序展开，响应慢，状态转换耗时长，惯性大，需要匹配复杂的辅助驱控装置，因运动的本征连续性无法执行任意的状态切入或跳变；(四)难以灵活接入光路中或与其他红外光学光电结构耦合甚至集成。

近些年来，可电控调变光汇聚或光发散的液晶微透镜技术发展迅速，为解决上述问题提供了新思路。目前已具备的主要功能包括：(一)基于图案化电极驱控的微米级厚度液晶材料，可对光波进行精细化汇聚或发散处理，对焦长、焦斑尺寸、焦深和视场进行可调变操作；(二)液晶微透镜的光场调控处理与所施加的电驱控信号存在一一对应关系，微透镜的控光操作可在电参数范围内通过随意选取，即随意选择某一电控状态展开，并可以通过调变电参数进行快速跳变；(三)由于可依照先验知识或光束变换特征，对微透镜的加电顺序进行约束、干预或引导，具有明显的智能化特征；(四)轻薄和平面端面的液晶微透镜，可被灵活接入光路中或与其他红外结构耦合甚至集成；(五)液晶微透镜的功耗可低至微瓦级，驱控装置可小微型化甚至与液晶结构集成。目前，如何灵巧化耦合甚至集成汇聚型与发散型液晶微透镜阵列，实现特殊波束形态的功能化构建和调变，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。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种双模复合红外电控液晶微透镜阵列芯片技术，其目的在于，实现特定形态红外波束的电控成形与精细调变以及光学参数可变动范围的显著扩展，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，按照本实用新型的一个方面，提供了一种双模复合红外电控液晶微透镜阵列芯片，包括：芯片壳体、电控散光液晶微透镜阵列、以及电控聚光液晶微透镜阵列，电控散光液晶微透镜阵列与电控聚光液晶微透镜阵列级联耦合构成双模复合电调架构，电控散光液晶微透镜阵列与电控聚光液晶微透镜阵列均设置在芯片壳体内部，二者彼此紧密贴合并与芯片壳体连接，且二者的光轴重合，电控散光液晶微透镜阵列的光入射面和电控聚光液晶微透镜阵列的光出射面分别通过芯片壳体顶面和底面的开口裸露出来，红外光波进入芯片的双模复合电调架构后，由电控散光液晶微透镜阵列将其按照微透镜的阵列规模和位置情况，离散化为阵列化子入射波束。各阵列化子入射波束与受控电场激励下的液晶分子作用并进入电控聚光液晶微透镜阵列，经由其微透镜进行汇聚压缩，再经耦合形成红外出射波束输出。

优选地，电控聚光液晶微透镜阵列采用双层结构，且上下层之间顺次设置有第一基片、第一电极层、第一电隔离层、第一定向层、第一液晶层、第二定向层、第二基片、以及第二电极层，第一电极层和第二电极层分别固定在第一基片和第二基片上，第一电极层包括m×n个孔，其中m、n均为大于的整数，第一电极层的其余部分作为电极，且从第一电极层延伸出一根第一电极引线，第二电极层整体为电极，从该第二电极层延伸出一根第二电极引线和一根第三电极引线。