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)成像光學系統(tǒng)通過改變透鏡間的軸向距離實現(xiàn)調(diào)焦，微調(diào)透鏡間的橫向位置實現(xiàn)擺焦，其典型缺陷包括：體積和質(zhì)量大，難以小/微型化，存在較大機械慣性，無法實現(xiàn)快捷甚至實時響應(yīng)，在高速或強振動條件下易產(chǎn)生位形改變，難以實時復(fù)位校準，以及基于光場壓縮的微納控光能力嚴重不足等。上述問題難以通過常規(guī)光學手段獲得徹底解決。本文發(fā)展的針對成像探測應(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、會聚和發(fā)散等模態(tài)。通過雙模電控液晶微透鏡所具有的光會聚和光發(fā)散效能，對成像視場、焦深、通光孔徑和光強等參量進行調(diào)節(jié)；通過電控液晶FP結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對目標光波其波譜模態(tài)的電控凝固和電調(diào)變；通過電選液晶微透鏡陣列規(guī)模，實現(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)，開展了對

3、基于圖案化電極驅(qū)控的液晶微透鏡的研究。對多種圖案化電極的液晶微透鏡進行了計算機仿真，分析了液晶層中的電場分布以及液晶分子在外電場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)光學性能。
　　其次，在對電場分布進行仿真基礎(chǔ)上，發(fā)展了基于對稱分布的四個條形子電極的電調(diào)焦電擺焦液晶微透鏡，制作了原理樣片并獲取了常規(guī)光學性能。典型參數(shù)和特征包括：焦點最大擺動距離80μm，焦斑半高寬12μm，焦

4、點既可以沿光軸電控移動，也可以在焦平面上電控擺動。在單層圖案化電極基礎(chǔ)上，進一步發(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)計參數(shù)間的相互關(guān)系，測試了不同孔徑微透鏡的焦距與驅(qū)控電壓信號關(guān)系，以及不同尺寸的圓形通光孔徑與驅(qū)控電壓信號關(guān)系。
　　基于應(yīng)用需求，發(fā)展了雙模（光會聚、光發(fā)散）一體化以及復(fù)合型的液晶微透鏡陣列，設(shè)計和制作了原理樣片并獲取了常規(guī)光學性能。實驗顯示所發(fā)展的

5、微透鏡陣列既具有光會聚光發(fā)散功能，還具有抗強光干擾能力?；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，文中對功能化液晶微透鏡的關(guān)鍵制備工藝進行了總結(jié)，研制了相應(yīng)的陣列化微透鏡電控裝置。
　　最后，開展了目前國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，測試了常