[实用新型]一种基于电控液晶平面微透镜的波前控制芯片

说明书

技术领域

本实用新型属于光学精密测量与控制技术领域，更具体地，涉及一种基于面阵电控液晶平面微透镜对入射波前进行电控调节的波前控制芯片。

背景技术

波前是表征光波的一个基本物理参量，是控制光束形态及其演化行为的关键物理要素之一。基本的如汇聚球面或柱面波前、发散球面或柱面波前或平面波前等，将引导和约束光波呈球面或柱面聚束形态、球面或柱面发散形态或平行束。一般而言，任何复杂光波均可由基于上述球面、柱面或平面波前进行局域化分割而成的子波前拟合来表征。拟合波前与真实波前间的形态差异，取决于子波前的分割方式、分割细腻程度以及拟合规则。在不改变子出射波前形态、结构和拟合规则这一前提下，通过调变子波前的倾斜程度，将构造出基于子波前拟合的新出射波前，实现基于波前控制的光束管控。

目前已广泛应用的波前控制措施包括：(一)通过凸透镜或凹透镜或其组合，得到固定形态的汇聚或发散球面或非球面波前；(二)通过衍射相位结构得到波前形态相对固定的波束；(三)通过相位型MEMS或其阵列，基于子平面波前相位延迟得到具有特定波前形态的反射或透射光束；(四)通过波束耦合或干涉，得到波前形态相对有限的传输光场；(五)通过调变谐振腔体的特征尺寸或局域结构，出射波前形态有限的激光束；(六)基于电控液晶相移器对子平面波前的相位延迟作用，构造波前形态相对有限的出射光束。进入新世纪以来，发展小微型化的光学波前控制技术，具备基于光波相位的灵活和快捷调控来构建波束形态，发展成本相对低廉的小微型化波前控制结构，已成为发展先进光学精密测量与控制技术的一个重要分支，受到广泛关注和重视。

现有波前控制技术的缺陷主要表现在以下方面：(一)形状固定的透镜或透镜组仅能构建有限尺寸和形态的球面或非球面波前，无法进行基于局域波前选择和控制的调变操作；(二)MEMS相控器因基于调变离散化的子平面波前其倾斜或相位延迟程度，仅能构建有限形态的出射波前；(三)衍射相位结构基于对子波前进行有限程度的相位调整，所能出射的波前形态相对固定；(四)基于多波束干涉构建的复杂波前同样无法进行波前的局域控制和调变；(五)体积和质量大，操作相对复杂，难以灵活接入光路中或与其他光学光电结构耦合；(六)无法用于波前形态复杂的高速载荷或目标，难以执行局域视场的受控波前测调，难以对视场中的局域性波前执行凝固或调变操作，难以对局域视场进行快速波前检录、搜索或跟踪，难以对全视场波前执行局域化分割与处理等。

近些年来，基于电控液晶微透镜进行波束变换技术已取得显著进展，为解决上述问题提供了一条可行途径。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，光束的汇聚、发散和相位延迟等可在任意子波前处展开、凝固或调变；(二)液晶微透镜的光束变换作用受先验知识或波束处理结果的约束、干预或引导，具有对波前执行受控管控的潜力。尽管如此，尚缺乏可对波前进行精细调控、变换以及基于小微型化手段构建复杂波前的能力。目前，如何基于小微型化的电控液晶微透镜技术实现波前的受控调变和复杂波前构建，已成为光学精密测量与控制技术继续发展所面对的难点问题，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平面微透镜的波前控制芯片，能实现波前的受控调变、凝固、检录、搜索或跟踪以及复杂波前的构建，易与其它光学光电结构以及电子和机械装置耦合，环境适应性好。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种波前控制芯片，其特征在于，包括面阵电控液晶平面微透镜；所述面阵电控液晶平面微透镜包括液晶材料层，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、图形化电极层、第一基片和第一增透膜，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、公共电极层、第二基片和第二增透膜；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m×n元阵列分布的子电极构成，每个子电极均由绕圆周呈十字叉型均匀分布的四个条状导电膜构成，单个子电极内的各条状导电膜互不接触，各子电极互不接触，其中，m、n均为大于1的整数；所述面阵电控液晶平面微透镜被划分成m×n元阵列分布的单元电控液晶平面微透镜，所述单元电控液晶平面微透镜与所述子电极一一对应，每个子电极均位于对应的单元电控液晶平面微透镜的中心，形成单元电控液晶平面微透镜的上电极，所有单元电控液晶平面微透镜的下电极由所述公共电极层提供。

优选地，单个子电极的四个条状导电膜围绕的圆周面积与对应的单元电控液晶平面微透镜的光接收面积的比值为电极开孔系数，所述电极开孔系数为4％～16％。