[发明专利]一种液晶光学相控阵热透镜效应补偿装置、系统及方法

说明书

本发明公开一种液晶光学相控阵热透镜效应补偿装置、系统及方法，应用于液晶光学领域，针对现有技术中存在的出现热透镜效应，影响器件相位控制的效果的问题，本发明通过在相位补偿装置的环形电极区域内施加不同的驱动电压，使其相当于一个凸透镜，来补偿热透镜效应导致的相位畸变；采用本发明的补偿装置无需散热组件，结构简单，操作方便。

技术领域

本发明属于液晶光学领域，特别涉及一种液晶光学相控阵热透镜效应补偿技术。

背景技术

伴随航天、能源、国防等高新技术产业的飞速发展，激光技术已经表现出无法替代的优势。在激光技术的众多应用中，光束指向控制有广阔的应用场景。光束指向控制技术可分为两种：机械式和非机械式。液晶光学相控阵是实现非机械式光束指向控制的方案之一，与传统的机械式光束指向技术相比，具有体积小、功耗低、精度高、惯性小、捷变扫描等优势。

液晶光学相控阵制备以透射式为主，由上下层平行放置的玻璃基板、透明导电的氧化铟锡(ITO)阵列、取向层和液晶材料组成。液晶具有电控双折射效应，液晶光学相控阵通过在上下基板间加载不同电压，从而改变不同电极位置上液晶的折射率，使得出射光近场相位满足一定分布，从而实现对光束的指向控制。在红外波段，ITO对光的吸收率较高，在较高功率激光的连续作用下会有明显温升。而液晶是一种对温度敏感的材料，随着入射激光功率的提高，相控阵器上会呈现温度分布，导致液晶分子的双折率差发生变化，从而对入射光附加一个额外的相位调制，出现热透镜效应，影响器件相位控制的效果。

ITO膜层对光吸收产生的温升是热透镜效应的主要原因，但是ITO具有较好的导电性，加上制备工艺成熟，是目前综合性能最好的透明导电材料，所以目前液晶光学相控阵的电极基本上仍采用ITO薄膜。对于透射式器件，散热结构的设计相对复杂。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种液晶光学相控阵热透镜效应补偿装置、系统及方法，通过在相位补偿装置的环形电极区域内施加不同的驱动电压，使其相当于一个凸透镜，来补偿热透镜效应导致的相位畸变。

本发明采用的技术方案之一为：一种液晶光学相控阵热透镜效应补偿装置，从上至下依次为：第一基底、液晶层和第二基底，第一基底和第二基底之间喷洒相同尺寸的球形间隔子进行支撑；

所述第一基底从上至下依次为：第一基底玻璃、环形ITO电极以及第一取向层；

所述第二基底从上至下依次为：第二取向层，ITO薄膜以及第二基底玻璃；

所述液晶层具体为若干液晶分子，所述液晶分子填充在第一取向层和第二取向层之间。

包括一个圆形电极区域与多个环形电极区域。

通过在不同环形电极区域内施加不同的驱动电压来改变液晶分子指向矢的偏转角度，实现相位补偿。

具体的还包括：电压控制芯片，所述圆形电极区域与多个环形电极区域各自通过对应的电极走线与电压控制芯片输出相连接。

本发明采用的技术方案之二为：一种液晶光学相控阵热透镜效应补偿系统，包括上述相位补偿装置，还包括：激光器、偏振片、以及传统液晶光学相控阵；激光器的出射激光经过偏振片后，被调制成P光，通过相位补偿装置对该P光进行相位补偿，最后通过传统液晶光学相控阵控制输出光的相位。

本发明采用的技术方案之三为：一种液晶光学相控阵热透镜效应补偿方法，包括：

S1、制备上述相位补偿装置电极结构；

S2、制备液晶盒；

S3、搭建测试光路，在不同的环形电极区域施加等值的驱动电压，得到相位补偿装置在不同电压值下的相位延迟量；

S4、结合不同功率激光入射下相位畸变的数据，给不同环形电极区域施加相应的电压值，实现液晶光学相控阵热透镜效应的补偿。