多模態(tài)電控液晶微結(jié)構(gòu)及其成像技術(shù)研究.pdf

1、常規(guī)成像光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)改變透鏡間的軸向距離實(shí)現(xiàn)調(diào)焦，微調(diào)透鏡間的橫向位置實(shí)現(xiàn)擺焦，其典型缺陷包括：體積和質(zhì)量大，難以小/微型化，存在較大機(jī)械慣性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快捷甚至實(shí)時(shí)響應(yīng)，在高速或強(qiáng)振動(dòng)條件下易產(chǎn)生位形改變，難以實(shí)時(shí)復(fù)位校準(zhǔn)，以及基于光場(chǎng)壓縮的微納控光能力嚴(yán)重不足等。上述問(wèn)題難以通過(guò)常規(guī)光學(xué)手段獲得徹底解決。本文發(fā)展的針對(duì)成像探測(cè)應(yīng)用的電控液晶微透鏡技術(shù)，為擺脫上述缺陷提供了新的技術(shù)途徑和解決方案。本文根據(jù)向列相液晶材料特殊的光電特性，發(fā)

2、展了多模態(tài)控光的功能化液晶微結(jié)構(gòu)。多模態(tài)控光是指為執(zhí)行成像探測(cè)操作所設(shè)置的多種控光模式，包括管控光的波前、波譜、波矢、偏振、能流、會(huì)聚和發(fā)散等模態(tài)。通過(guò)雙模電控液晶微透鏡所具有的光會(huì)聚和光發(fā)散效能，對(duì)成像視場(chǎng)、焦深、通光孔徑和光強(qiáng)等參量進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過(guò)電控液晶FP結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)光波其波譜模態(tài)的電控凝固和電調(diào)變；通過(guò)電選液晶微透鏡陣列規(guī)模，實(shí)現(xiàn)成像空間分辨率的電調(diào)變。論文主要內(nèi)容如下：
　　首先，以液晶彈性連續(xù)體理論為基礎(chǔ)，開(kāi)展了對(duì)

3、基于圖案化電極驅(qū)控的液晶微透鏡的研究。對(duì)多種圖案化電極的液晶微透鏡進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，分析了液晶層中的電場(chǎng)分布以及液晶分子在外電場(chǎng)作用下的相位延遲和指向矢分布等情況，制作了多種基于圖案化電極的液晶微透鏡原理樣片并獲得了常規(guī)光學(xué)性能。
　　其次，在對(duì)電場(chǎng)分布進(jìn)行仿真基礎(chǔ)上，發(fā)展了基于對(duì)稱(chēng)分布的四個(gè)條形子電極的電調(diào)焦電擺焦液晶微透鏡，制作了原理樣片并獲取了常規(guī)光學(xué)性能。典型參數(shù)和特征包括：焦點(diǎn)最大擺動(dòng)距離80μm，焦斑半高寬12μm，焦

4、點(diǎn)既可以沿光軸電控移動(dòng)，也可以在焦平面上電控?cái)[動(dòng)。在單層圖案化電極基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了基于雙層圖案化電極的電調(diào)焦擺焦的液晶微透鏡，分析了電調(diào)焦擺焦原理以及微透鏡加電后有效通光孔徑與設(shè)計(jì)參數(shù)間的相互關(guān)系，測(cè)試了不同孔徑微透鏡的焦距與驅(qū)控電壓信號(hào)關(guān)系，以及不同尺寸的圓形通光孔徑與驅(qū)控電壓信號(hào)關(guān)系。
　　基于應(yīng)用需求，發(fā)展了雙模（光會(huì)聚、光發(fā)散）一體化以及復(fù)合型的液晶微透鏡陣列，設(shè)計(jì)和制作了原理樣片并獲取了常規(guī)光學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)顯示所發(fā)展的

5、微透鏡陣列既具有光會(huì)聚光發(fā)散功能，還具有抗強(qiáng)光干擾能力?；谝壕⑼哥R的電調(diào)焦特性又發(fā)展了可尋址控光仿生復(fù)眼液晶微透鏡陣列，實(shí)現(xiàn)了可執(zhí)行調(diào)擺焦及電選通光孔徑等操作的新一代液晶基復(fù)眼成像功能。另外，文中對(duì)功能化液晶微透鏡的關(guān)鍵制備工藝進(jìn)行了總結(jié)，研制了相應(yīng)的陣列化微透鏡電控裝置。
　　最后，開(kāi)展了目前國(guó)家急需的紅外電控液晶波譜器件和液晶微透鏡的初步研究。以鍍鋁膜硒化鋅為襯底，發(fā)展了紅外液晶FP成像波譜結(jié)構(gòu)以及紅外微透鏡陣列，測(cè)試了常