電控液晶多譜成像關鍵技術研究.pdf

1、本文基于液晶材料介電行為的場控制效應，通過構造靈巧的液晶電光結構，對液晶材料的折射率及其空間分布施加有序調控，使得液晶結構的光學性能可以使用電控調節(jié)。根據液晶彈性連續(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學模型。在上述基礎上，設計和制作了多種電控液晶元件，獲得了主要的電光和光學性能。所發(fā)展的電控液晶微光學技術，對發(fā)展小型化的高速動平臺（末）制導技術具有重要意義。主要工作見下述內容。
　　 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構，以及將電極內置，設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，液晶層內的電場被顯著增強，液晶分子更易于驅動和控制。器件的典型參數有：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），不同驅控電壓下的MTF 值高于0.5，在0.4～1.1 μm 譜段內的透過率大于60％。
　　 基于幾何光學和液晶彈性連續(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在原因，獲得了與復雜的常規(guī)方法等效的液晶聚焦解析關系和相位分布函數。
　　 2．在成功研制單元液晶透鏡這一基礎上，進一步設計和制作了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，可以有效生成目標的多重像。
　　 3．設計和制作了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

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，設計和制作了太赫茲（THz）電控液晶透鏡。其典型參數有：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特性，如THz 透過率和聚集屬性。實驗顯示，THz 透鏡在15Vrms 電壓驅控下，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控信號頻率響應屬性，發(fā)展了液晶器件的頻率調控技術，進一步降低了液晶器件的工作電壓。根據液晶材料的介電響應行為，建立了液晶成像元件的等效電路模型和頻率驅控模式。典型參數有：驅控信號頻率范圍0.1～100KHz，驅控信號電壓低于1.0 Vrms，變焦范圍300～500 μm，液晶結構的響應時間亞毫秒級。
　　 6.基于電控液晶微透鏡陣列，設計和制作了原理性的Shack-Hartmann波前探測結構