電控液晶多譜成像關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文基于液晶材料介電行為的場控制效應(yīng)，通過構(gòu)造靈巧的液晶電光結(jié)構(gòu)，對液晶材料的折射率及其空間分布施加有序調(diào)控，使得液晶結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能可以使用電控調(diào)節(jié)。根據(jù)液晶彈性連續(xù)體理論，建立了液晶分子在電場作用下形成特定的折射率空間分布的數(shù)學(xué)模型。在上述基礎(chǔ)上，設(shè)計和制作了多種電控液晶元件，獲得了主要的電光和光學(xué)性能。所發(fā)展的電控液晶微光學(xué)技術(shù)，對發(fā)展小型化的高速動平臺（末）制導(dǎo)技術(shù)具有重要意義。主要工作見下述內(nèi)容。
　　 1．通過采用聚酰

2、亞胺制作液晶分子的初始定向和電隔離結(jié)構(gòu)，以及將電極內(nèi)置，設(shè)計和制作了單圓孔電極單元液晶透鏡。由于電場直接作用于液晶分子，使透鏡的工作電壓降低，液晶層內(nèi)的電場被顯著增強，液晶分子更易于驅(qū)動和控制。器件的典型參數(shù)有：通光孔徑2.0 mm，最低工作電壓1.1 Vrms（顯著低于國際上的常規(guī)情形），不同驅(qū)控電壓下的MTF 值高于0.5，在0.4～1.1 μm 譜段內(nèi)的透過率大于60％。
　　 基于幾何光學(xué)和液晶彈性連續(xù)體理論所建立的模型

3、，分析了液晶材料折射率呈梯度分布的內(nèi)在原因，獲得了與復(fù)雜的常規(guī)方法等效的液晶聚焦解析關(guān)系和相位分布函數(shù)。
　　 2．在成功研制單元液晶透鏡這一基礎(chǔ)上，進一步設(shè)計和制作了128×128 元電控液晶微透鏡陣列。其圖案化電極由128×128 元微圓孔構(gòu)成，每個微圓孔直徑50 μm，相鄰圓孔間距100 μm，液晶層厚度20 μm。器件的典型參數(shù)有：面陣器件中的每個單元微透鏡的通光孔徑50 μm，變焦范圍50～400 μm，工作電壓1.2

4、～5.0 Vrms，焦點的焦斑尺寸最大約10 μm。通過該微透鏡陣列，可以有效生成目標(biāo)的多重像。
　　 3．設(shè)計和制作了128×128 元電控液晶柱微透鏡陣列。其圖案化電極由128×128元微長方孔構(gòu)成，每個微長方孔尺寸60×200 μm2，相鄰長方孔間距50 μm，液晶層厚度20 μm。器件的典型參數(shù)有：變焦范圍60～450 μm，工作電壓1.4～5.0 Vrms。
　　 通過建立液晶材料的折射率梯度分布模型，對所實現(xiàn)

5、的白光聚集、遠場白光干涉以及譜激光干涉等，進行了詳細討論與分析。
　　 4.基于熔融石英襯底，設(shè)計和制作了太赫茲（THz）電控液晶透鏡。其典型參數(shù)有：通光孔徑1.0 mm，閾值電壓1.15Vrms，最小焦距10.0 mm。基于THz-TDS技術(shù)和液晶材料的梯度折射率分布模型，測試和分析了器件光學(xué)特性，如THz 透過率和聚集屬性。實驗顯示，THz 透鏡在15Vrms 電壓驅(qū)控下，對118 μm 波長的THz光存在明顯的聚焦作用。<

6、br>　　 5.基于液晶材料的電驅(qū)控信號頻率響應(yīng)屬性，發(fā)展了液晶器件的頻率調(diào)控技術(shù)，進一步降低了液晶器件的工作電壓。根據(jù)液晶材料的介電響應(yīng)行為，建立了液晶成像元件的等效電路模型和頻率驅(qū)控模式。典型參數(shù)有：驅(qū)控信號頻率范圍0.1～100KHz，驅(qū)控信號電壓低于1.0 Vrms，變焦范圍300～500 μm，液晶結(jié)構(gòu)的響應(yīng)時間亞毫秒級。
　　 6.基于電控液晶微透鏡陣列，設(shè)計和制作了原理性的Shack-Hartmann波前探測結(jié)構(gòu)