[实用新型]基于电控液晶红外汇聚平面微柱镜的红外波束控制芯片

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，涉及一种通过电控液晶红外汇聚平面微柱镜阵列，实现微聚焦线阵的电控成形，焦线亮度、线宽及焦长等的电调变以及远场红外波束的电控匀质化的控光芯片。

背景技术

目前，通过表面轮廓和形状固定的折射或衍射微柱镜阵列产生红外微聚焦线簇这一技术，已在多个领域获得应用。典型的如构建红外匀质微亮线阵基准源，提高与微柱镜阵列耦合的红外光敏芯片的感光填充系数，构建微亮线阵红外光刻源，基于光波高密度高汇聚度离散化排布的多重并行光耦合，获得微米线宽和间距的高强度微刻蚀激光线阵等。随着应用领域的扩展和技术适用程度的延伸，构建基于环境、应用场所、作用对象或加工精度等具有动态适应和可调变效能等方面的广泛需求，执行微聚焦线簇其亮度、线宽和焦长可调变的技术措施来增强和扩展功能，扩大适用范围，提高使用灵活性和工效，提升与其他红外光学光电机械装置的耦合与匹配能力，降低红外光束变换装置的结构和驱控复杂性，提高响应和变换速度、效率以及适应性等，已受到广泛关注和重视。

基于表面轮廓和形状固定的折射或衍射微柱镜阵列，获得红外微聚焦线阵这一技术方式的缺陷主要表现在以下方面：(一)基于轮廓和形状不可变动的微柱镜阵列，仅能构建亮度和焦线宽度被固定的微聚焦线阵，无焦线亮度、线宽和焦长等的调变能力；(二)从固定轮廓和形状的微柱镜阵列出射的远场红外波束其均匀性仅受制于微柱镜的固定光束变换能力，无动态调变效能，在环境、目标和加工等方面的适应性差；(三)调变微聚焦线簇的亮度、焦线宽度和焦长等操作，需要通过两组甚至多组级联布置的微柱镜阵列间的机械平动或转动进行，具有响应慢，状态转换时间长，体积、质量和机械惯性大，需要配置相对复杂的辅助驱控装置，基于本征的运动姿态连续变动性而无法执行任意的光学状态切入或跳变；(四)呈现极为有限的光学汇聚调变能力，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等。

近些年来，基于可见光谱域的电控液晶微柱镜阵列构建可调变的焦线簇这一技术方式，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，光束汇聚可依设定电控展开、凝固或调变；(二)基于电驱控进行的液晶微柱镜其光束变换操作，可受先验知识或光束处理结果的约束、干预或引导；(三)液晶微柱镜阵列因其平面端面可以灵活接入光路中，或与其他光学光电机械结构耦合甚至集成；(四)液晶结构的驱动和调控基于低功率调频或调幅电压信号进行，功能化液晶微柱镜阵列的驱控功耗可低至微瓦级，驱控装置可小微型化甚至与液晶结构集成；(五)基于折射率空间分布形态的电控构建与调变，可有效实现受控电场激励下的光汇聚和光发散模态的快速构建与切换。目前，如何借鉴可见光谱域的小微型化电控液晶微柱镜技术，实现特定红外波束形态的可调变电控成形，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基于电控液晶红外柱汇聚平面微透镜的红外波束控制芯片，能电控构建微聚焦线阵光场，电调变焦线亮度、线宽和焦长以及电控匀质化远场红外波束，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，本实用新型提供了一种红外波束控制芯片，其特征在于，包括电控液晶红外汇聚平面微柱镜阵列；所述电控液晶红外汇聚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的一层匀质导电膜构成，其中，m、n均为大于1的整数；所述电控液晶红外汇聚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汇聚平面微柱镜，所述单元电控液晶红外汇聚平面微柱镜与所述长方孔一一对应，每个长方孔均位于对应的单元电控液晶红外汇聚平面微柱镜的中心，形成单元电控液晶红外汇聚平面微柱镜的上电极，所有单元电控液晶红外汇聚平面微柱镜的下电极由所述公共电极层提供。

优选地，单个长方孔的面积与对应的单元电控液晶红外汇聚平面微柱镜的光接收面积的比值被称为开孔系数，所述开孔系数为4％～25％。