[实用新型]一种石墨烯基电控液晶光汇聚微透镜阵列芯片

说明书

技术领域

本实用新型属于光学波束精密测量与控制技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯基电控液晶光汇聚微透镜阵列芯片。

背景技术

石墨烯是一种将碳原子以六边形方式紧密堆积构成的二维晶体，是迄今为止人类所能获得的强度最高、韧性最好、重量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料。其典型特征包括：(一)具有超强导电性，载流子在石墨烯中几乎可以自由穿行；(二)具有超高透光率，一般仅吸收不超过3％的可见光和红外波；(三)具有超大电子迁移率，在室温下传递电子的速度远快于目前已知的各种导电材料，电子运动速度最快可达到光速的1/300；(四)结构极为稳定牢固，具有超强耐腐蚀能力，碳原子间的六边形网状连接使其又极为柔韧；(五)抗静电能力极强，电子在石墨烯轨道中移动时不会因晶格缺陷、引入外来原子或电场而被散射；(六)极好的结构匹配与耦合性，易与目前已知的大多数光学和微电子材料耦合形成二维面形功能化结构。基于石墨烯材料制作可以覆盖可见光和红外谱段的电极结构，实现可见光和红外波段电磁波束的单芯片一体化处理这一技术方式，目前已受到广泛关注和重视。

现阶段所广泛采用的膜电极材料一般按照可见光和红外谱域加以划分。在红外谱域根据功能和应用情况，又常被细分为近红外(1～3μm)、中红外(3～5μm)和远红外(8～14μm)这三个典型谱段。不同的谱域或谱段均要求相适应的电极材料，如在可见光谱域常采用ITO(氧化铟锡)膜材料，红外谱域常采用铝膜或金膜材料等。其典型缺陷主要表现在以下方面：(一)电磁波束的理论透过率一般在86％以下，对某些特殊应用而言甚至更低；(二)谱透过率存在不均匀性，在某些光频处的谱透过率甚至会衰减到相邻波谱的一半以上；(三)金属电极材料中的电子或阳离子有时会渗透进如液晶等的工作介质中，会造成工作介质的性能降低甚至功能丧失，从而降低器件的参数指标以及严重缩短器件寿命；(四)由于金属膜的抗弯折能力有限，金属与无机非金属材料间难以稳定牢固耦合或键合，通常无法制成廉价长效的可弯折电极结构；(五)迄今为止尚无法制作出兼容可见光和全红外波段的超宽谱电极结构；(六)由于金属材料存在较大电阻，其热效应和高频电磁信号驱控下的趋肤效应，将严重影响甚至降低空间电场激励效能，会对工作介质的功能形成与发挥带来负面影响等。

近些年来，基于电控液晶微透镜进行波束整形和变换这一技术方式已取得显著进展，已具备若干独特功能，包括：(一)在阵列化液晶结构的电极上施加电驱控信号，可对可见光或红外光束进行汇聚、发散或相位延迟等；(二)由于液晶微透镜的光束变换作用通过在电极结构上施加电驱控信号实现，可依照先验知识或光束特征对光束变换施加约束、干预或引导。尽管如此，仍缺乏可同时覆盖可见光和红外谱域，不会干扰或改变工作介质的电磁结构特征，能够彻底摆脱热效应对工作介质其功能形成和发挥的影响等方面的手段和方法。目前，如何进一步提高电控液晶微透镜器件的工作效能，长期维持液晶器件的性能和参数指标，延长器件寿命以及扩展功能等，已成为光学波束精密测量与控制技术领域继续发展所面临的热点问题，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石墨烯基电控液晶光汇聚微透镜阵列芯片，其可实现特定形态光波束的电控成形与调变，易与其它光学光电机械结构耦合，环境适应性好，电驱控能力强。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种石墨烯基电控液晶光汇聚微透镜阵列芯片，包括：石墨烯液晶聚光微透镜阵列、以及驱控信号输入端口，石墨烯液晶聚光微透镜阵列为m×n元，其中，m、n均为大于的整数，石墨烯液晶聚光微透镜阵列采用夹层结构，且下中上层之间顺次设置有第一基片、第一液晶定向层、液晶层、第二液晶定向层、图案化石墨烯电极层、石墨烯电极层、第二基片，图案化石墨烯电极层由m×n个均匀排布的石墨烯圆孔构成，从图案化石墨烯电极层延伸出一根图案化电极引线并接入驱控信号输入端口的一端，从石墨烯电极层延伸出另一根电极引线并接入驱控信号输入端口的另一端，并由驱控信号输入端口向图案化石墨烯电极层和石墨烯电极层提供电压驱控信号。

优选地，可见光近红外光束进入石墨烯基电控液晶光汇聚微透镜阵列芯片后，被离散化为阵列化子入射波束，各子入射波束与受控电场激励下的液晶分子作用，被汇聚成汇聚光斑构成的微光点阵，并经进一步演化耦合形成远场透射波束。