[实用新型]基于电控液晶红外汇聚平面微透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，涉及一种基于阵列化的电控液晶红外汇聚平面微透镜，构建与调变红外微聚光点阵光场以及电控匀质化远场红外波束的控光芯片。

背景技术

迄今为止，基于固定轮廓的折射或衍射微透镜阵列，获取微米尺度的匀质化红外聚光点阵光场这一技术，已在多个领域获得应用，如红外高亮度微点阵基准源，红外光敏芯片光能利用率的微透镜聚光增强与降噪，红外芯片光敏视场的阵列化微透镜耦合提高，基于阵列化微米尺度汇聚亮斑有序排布的匀质红外光刻源，红外光波高聚集度离散排布的多重并行纤光耦合，匀质化高能态微激光束斑阵列等。随着相关技术的持续快速发展和应用领域的不断扩展与延伸，构建可调变焦长以及点扩散函数的微光学控光阵列，提升远场波束的匀质化程度，提高使用灵活性和环境适应能力，具备可调变加工效能和精度，显著增强与其他红外光学光电机械装置的耦合与匹配能力，降低红外光束变换架构的结构复杂性和成本等，已受到广泛关注。

目前，基于固定轮廓形态的折射或衍射微透镜阵列，获得红外微聚光点阵光场这一技术方式的明显缺陷包括：(一)固定轮廓的微透镜因其光学性能的不变性，仅能构建焦长及点扩散函数相对固定的微聚光点阵光场，无焦斑其能态和位形分布及结构尺寸的调变能力；(二)从形状固定的阵列化微透镜出射的远场红外波束其能态和形态的均匀化程度，由微透镜的固定光束变换能力决定，不具备可调性；(三)调变阵列化微聚光斑点的亮度及点扩散函数等操作，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，执行机构的体积、质量和惯性大，需配置较为繁杂的驱控装置，因机械运动的连续性无法执行任意的光学状态切入或快速跳变，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。

近些年来，基于可见光谱域的平面端面电控液晶微透镜进行光波的受控变换这一技术，已取得显著进展，已具备的典型功能包括：(一)阵列化电控液晶微透镜的光束变换可通过施加低功率的电驱控信号展开，光束的汇聚或发散操作可根据设定的电控方式依次进行、凝固或调变；(二)可通过调变电驱控信号对液晶微透镜的光束变换操作进行约束、干预或引导，具有智能化特征；(三)平面端面且具有微米级液晶材料厚度的液晶微透镜，具有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这一特性；(四)液晶结构的驱动和调控功耗可低至微瓦级；(五)基于电场激励所构建的液晶折射率空间分布形态，可随电场变动进行变换。目前，通过借鉴可见光谱域的小微型化电控液晶微透镜技术，实现红外光波其特殊波束能态和形态的受控构建与调变，已成为红外波束精密测量与控制技术继续发展所需解决的瓶颈问题，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汇聚平面微透镜的红外波束控制芯片，能实现微聚光点阵的电控构建与电调变，以及电控匀质化远场红外透射波束，控制精度高，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透镜阵列；所述电控液晶红外汇聚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其上布有m×n元阵列分布的圆孔或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透镜阵列被划分成m×n元阵列分布的单元电控液晶红外汇聚平面微透镜，所述单元电控液晶红外汇聚平面微透镜与所述圆孔或方孔一一对应，每个圆孔或方孔均位于对应的单元电控液晶红外汇聚平面微透镜的中心，形成单元电控液晶红外汇聚平面微透镜的上电极，所有单元电控液晶红外汇聚平面微透镜的下电极由所述公共电极层提供。

优选地，单个圆孔或方孔的面积与对应的单元电控液晶红外汇聚平面微透镜的光接收面积的比值为电极填充系数，所述电极填充系数为5％～25％。

优选地，所述控制芯片还包括芯片外壳；所述电控液晶红外汇聚平面微透镜阵列封装在所述芯片外壳内并与所述芯片外壳固连，其光入射面和光出射面通过所述芯片外壳的顶面和底面开口裸露在外；所述芯片外壳的侧面设置有驱控信号输入端口。

优选地，所述公共电极层和所述图形化电极层各通过一根导线引出；公共电极层引线和图形化电极层引线接入所述驱控信号输入端口。