一種石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片，包括：石墨烯液晶聚光微透鏡陣列、以及驅(qū)控信號輸入端口，石墨烯液晶聚光微透鏡陣列為m×n元，石墨烯液晶聚光微透鏡陣列采用夾層結(jié)構(gòu)，且下中上層之間順次設置有第一基片、第一液晶定向?qū)?、液晶層、第二液晶定向?qū)?、圖案化石墨烯電極層、石墨烯電極層、第二基片，圖案化石墨烯電極層由m×n個均勻排布的石墨烯圓孔構(gòu)成，從圖案化石墨烯電極層延伸出一根圖案化電極引線并接入驅(qū)控信號輸入端口的一端，從石墨烯電極層延伸出另一根電極引線并接入驅(qū)控信號輸入端口的另一端。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊牢固，電驅(qū)控能力強，控制精度高，易與常規(guī)紅外光學光電機械結(jié)構(gòu)耦合，環(huán)境適應性好。
【專利說明】—種石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學波束精密測量與控制【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種將碳原子以六邊形方式緊密堆積構(gòu)成的二維晶體，是迄今為止人類所能獲得的強度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導電性最佳的材料。其典型特征包括:(一)具有超強導電性，載流子在石墨烯中幾乎可以自由穿行；(二)具有超高透光率，一般僅吸收不超過3%的可見光和紅外波；(三)具有超大電子遷移率，在室溫下傳遞電子的速度遠快于目前已知的各種導電材料，電子運動速度最快可達到光速的1/300 ；(四)結(jié)構(gòu)極為穩(wěn)定牢固，具有超強耐腐蝕能力，碳原子間的六邊形網(wǎng)狀連接使其又極為柔韌；(五)抗靜電能力極強，電子在石墨烯軌道中移動時不會因晶格缺陷、引入外來原子或電場而被散射；(六)極好的結(jié)構(gòu)匹配與耦合性，易與目前已知的大多數(shù)光學和微電子材料耦合形成二維面形功能化結(jié)構(gòu)?；谑┎牧现谱骺梢愿采w可見光和紅外譜段的電極結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)可見光和紅外波段電磁波束的單芯片一體化處理這一技術(shù)方式，目前已受到廣泛關(guān)注和重視。
[0003]現(xiàn)階段所廣泛采用的膜電極材料一般按照可見光和紅外譜域加以劃分。在紅外譜域根據(jù)功能和應用情況，又常被細分為近紅外(1?3 ^ 一、中紅外(3?5 ^ 一和遠紅外(8?1490)這三個典型譜段。不同的譜域或譜段均要求相適應的電極材料，如在可見光譜域常采用110(氧化銦錫)膜材料，紅外譜域常采用鋁膜或金膜材料等。其典型缺陷主要表現(xiàn)在以下方面:(一)電磁波束的理論透過率一般在86%以下，對某些特殊應用而言甚至更低；(二)譜透過率存在不均勻性，在某些光頻處的譜透過率甚至會衰減到相鄰波譜的一半以上；(三)金屬電極材料中的電子或陽離子有時會滲透進如液晶等的工作介質(zhì)中，會造成工作介質(zhì)的性能降低甚至功能喪失，從而降低器件的參數(shù)指標以及嚴重縮短器件壽命；(四)由于金屬膜的抗彎折能力有限，金屬與無機非金屬材料間難以穩(wěn)定牢固耦合或鍵合，通常無法制成廉價長效的可彎折電極結(jié)構(gòu)；(五)迄今為止尚無法制作出兼容可見光和全紅外波段的超寬譜電極結(jié)構(gòu)；(六)由于金屬材料存在較大電阻，其熱效應和高頻電磁信號驅(qū)控下的趨膚效應，將嚴重影響甚至降低空間電場激勵效能，會對工作介質(zhì)的功能形成與發(fā)揮帶來負面影響等。
[0004]近些年來，基于電控液晶微透鏡進行波束整形和變換這一技術(shù)方式已取得顯著進展，已具備若干獨特功能，包括:(一)在陣列化液晶結(jié)構(gòu)的電極上施加電驅(qū)控信號，可對可見光或紅外光束進行匯聚、發(fā)散或相位延遲等；(二)由于液晶微透鏡的光束變換作用通過在電極結(jié)構(gòu)上施加電驅(qū)控信號實現(xiàn)，可依照先驗知識或光束特征對光束變換施加約束、干預或引導。盡管如此，仍缺乏可同時覆蓋可見光和紅外譜域，不會干擾或改變工作介質(zhì)的電磁結(jié)構(gòu)特征，能夠徹底擺脫熱效應對工作介質(zhì)其功能形成和發(fā)揮的影響等方面的手段和方法。目前，如何進一步提高電控液晶微透鏡器件的工作效能，長期維持液晶器件的性能和參數(shù)指標，延長器件壽命以及擴展功能等，已成為光學波束精密測量與控制【技術(shù)領(lǐng)域】繼續(xù)發(fā)展所面臨的熱點問題，迫切需要新的突破。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片，其可實現(xiàn)特定形態(tài)光波束的電控成形與調(diào)變，易與其它光學光電機械結(jié)構(gòu)耦合，環(huán)境適應性好，電驅(qū)控能力強。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片，包括:石墨烯液晶聚光微透鏡陣列、以及驅(qū)控信號輸入端口，石墨烯液晶聚光微透鏡陣列為元，其中，II1、II均為大于的整數(shù)，石墨烯液晶聚光微透鏡陣列采用夾層結(jié)構(gòu)，且下中上層之間順次設置有第一基片、第一液晶定向?qū)?、液晶層、第二液晶定向?qū)印D案化石墨烯電極層、石墨烯電極層、第二基片，圖案化石墨烯電極層由爪※!!個均勻排布的石墨烯圓孔構(gòu)成，從圖案化石墨烯電極層延伸出一根圖案化電極引線并接入驅(qū)控信號輸入端口的一端，從石墨烯電極層延伸出另一根電極引線并接入驅(qū)控信號輸入端口的另一端，并由驅(qū)控信號輸入端口向圖案化石墨烯電極層和石墨烯電極層提供電壓驅(qū)控信號。
[0007]優(yōu)選地，可見光近紅外光束進入石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片后，被尚散化為陣列化子入射波束，各子入射波束與受控電場激勵下的液晶分子作用，被匯聚成匯聚光斑構(gòu)成的微光點陣，并經(jīng)進一步演化耦合形成遠場透射波束。
[0008]優(yōu)選地，所述石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片還包括芯片殼體，石墨烯液晶聚光微透鏡陣列位于芯片殼體內(nèi)并與其固連，石墨烯液晶聚光微透鏡陣列的光入射面和光出射面通過芯片殼體的頂面和底面開窗裸露出來，驅(qū)控信號輸入端口設置在芯片殼體上，并通過芯片殼體的側(cè)面開孔裸露在外。
[0009]優(yōu)選地，第一和第二液晶定向?qū)泳删埘啺分瞥伞?br>
[0010]優(yōu)選地，在石墨烯液晶聚光微透鏡陣列的光入射面和光出射面均制作有同種材質(zhì)的第一光增透膜系和第二光增透膜系。
[0011]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0012]可能誘發(fā)的電光性能時效性差以及結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問題。
[0013]4、控制精度高:由于本發(fā)明采用可精密電驅(qū)控的石墨烯液晶微透鏡，具有極高的結(jié)構(gòu)、電學及電光參數(shù)的穩(wěn)定性和控制精度，所以本發(fā)明具有控制精度高的優(yōu)點。
[0014]5、使用方便:本發(fā)明的芯片主體為封裝在芯片殼體內(nèi)的石墨烯液晶聚光微透鏡陣列，在光路中接插方便，易與常規(guī)光學、光電和機械結(jié)構(gòu)等匹配耦合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明石墨烯液晶聚光微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明石墨烯液晶聚光微透鏡的光束變換示意圖。
[0018]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0019]1-驅(qū)控信號輸入端口，2-石墨烯液晶聚光微透鏡陣列，3-芯片殼體,4-第一基片，5-第一液晶定向?qū)樱?-液晶層，7-第二液晶定向?qū)樱?-圖案化石墨烯電極層，9-石墨烯電極層，10-第二基片，11-第一光增透膜系，12-第二光增透膜系。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片包括:芯片殼體3、石墨烯液晶聚光微透鏡陣列2、以及驅(qū)控信號輸入端口 1。
[0022]石墨烯液晶聚光微透鏡陣列2位于芯片殼體3內(nèi)并與其固連。
[0023]石墨烯液晶聚光微透鏡陣列2的光入射面和光出射面通過芯片殼體3的頂面和底面開窗裸露出來。
[0024]驅(qū)控信號輸入端口 1設置在芯片殼體3上，并通過芯片殼體3的側(cè)面開孔裸露在外。
[0025]石墨烯液晶聚光微透鏡陣列為111X11元，其中，II1、II均為大于1的整數(shù)。各元微透鏡相互連通的圓孔石墨烯圖案化電極被同步加電。
[0026]如圖2所示，本發(fā)明的石墨烯液晶聚光微透鏡陣列采用圖案化石墨烯電極層-液晶層-石墨烯電極層這樣的夾層結(jié)構(gòu)，且下中上層之間順次設置有第一基片4、第一液晶定向?qū)?、液晶層6、第二液晶定向?qū)?、圖案化石墨烯電極層8、石墨烯電極層9、第二基片10。第一液晶定向?qū)?和第二液晶定向?qū)?均由聚酰亞胺制成，但應理解定向?qū)硬牧喜⒉痪窒抻诖?，也可以是其它可形成納米級深度和寬度的溝道材料。
[0027]圖案化石墨烯電極層8由111X11個均勻排布的石墨烯圓孔構(gòu)成，其中，II1、II均為大于1的整數(shù)。從圖案化石墨烯電極層8延伸出一根圖案化電極引線并接入驅(qū)控信號輸入端口 1的一端。從石墨烯電極層9延伸出另一根電極引線并接入驅(qū)控信號輸入端口 1的另一端。由驅(qū)控信號輸入端口 1向圖案化石墨烯電極層8和石墨烯電極層9提供電壓驅(qū)控信號
[0028]如圖3所示，加載在圖案化石墨烯電極層8和石墨烯電極層9上的驅(qū)控信號V，在電極間激勵起特定的陣列化空間電場?？梢姽饨t外光束進入石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片后，依照石墨烯液晶聚光微透鏡陣列2的陣列規(guī)模和排布情況，被離散化為陣列化子入射波束。各子入射波束與受控電場激勵下的液晶分子作用，被匯聚成具有特定亮度和尺寸的匯聚光斑構(gòu)成的微光點陣，并經(jīng)進一步演化耦合形成具有特定圖案化形態(tài)的遠場透射波束。在石墨烯液晶聚光微透鏡陣列2的光入射面和光出射面均制作有同種材質(zhì)的第一光增透膜系11和第二光增透膜系12。
[0029]下面結(jié)合圖1、圖2和圖3說明本發(fā)明實施例的石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片的工作過程。
[0030]首先將信號線接入驅(qū)控信號輸入端口，將電壓信號輸入和加載在石墨烯液晶聚光微透鏡陣列上。
[0031]石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片被置于測試光路中，或被置于由主鏡構(gòu)成的光學系統(tǒng)的焦面處也可弱離焦配置。
[0032]可見光近紅外光束通過芯片的光入射窗口進入石墨烯液晶聚光微透鏡陣列后，與受控電場激勵下構(gòu)建的具有特定折射率分布形態(tài)的液晶分子相互作用而呈陣列化匯聚態(tài)，形成亮度隨驅(qū)控信號均方幅度或頻率變化的微光點陣。微光點亮度及尺寸，由施加在液晶微透鏡其石墨烯電極上的調(diào)幅或調(diào)頻電壓信號調(diào)變。由各液晶微透鏡壓縮整形的子波束經(jīng)耦合形成新的由芯片光出射窗口輸出的透射波束。
[0033]石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片，通過匯聚微透鏡陣列進行波束形態(tài)的可調(diào)變匯聚式壓縮整形。各單元液晶匯聚微透鏡由頂面為圓形的石墨烯圖案化電極及底面石墨烯公共電極構(gòu)成。各元液晶微透鏡中的石墨烯圖案化電極被同步加電，如圖示的電驅(qū)控信號V。電控液晶平面微透鏡包括液晶材料、液晶初始定向結(jié)構(gòu)、石墨烯電極、基片和增透月吳系，液晶材料的上下兩表面依次覆蓋液晶初始定向結(jié)構(gòu)、石墨稀電極、基片和增透I吳系。所述石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片用于使光束形態(tài)發(fā)生改變。通過調(diào)節(jié)加載在液晶微透鏡陣列上的電壓信號來調(diào)變陣列化子出射光束的匯聚程度，得到基于被調(diào)變子波束耦合形成的透射波束。所得到的出射波束可通過電信號其均方幅度或頻率的調(diào)變操作，被凝固在特定形態(tài)或調(diào)變到預定形態(tài)。
[0034]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片，包括:石墨烯液晶聚光微透鏡陣列、以及驅(qū)控信號輸入端口，其特征在于， 石墨烯液晶聚光微透鏡陣列為HiXn元，其中，m、η均為大于的整數(shù)； 石墨烯液晶聚光微透鏡陣列采用夾層結(jié)構(gòu)，且下中上層之間順次設置有第一基片、第一液晶定向?qū)?、液晶層、第二液晶定向?qū)?、圖案化石墨烯電極層、石墨烯電極層、第二基片； 圖案化石墨烯電極層由mX η個均勻排布的石墨烯圓孔構(gòu)成； 從圖案化石墨烯電極層延伸出一根圖案化電極引線并接入驅(qū)控信號輸入端口的一端，從石墨烯電極層延伸出另一根電極引線并接入驅(qū)控信號輸入端口的另一端，并由驅(qū)控信號輸入端口向圖案化石墨烯電極層和石墨烯電極層提供電壓驅(qū)控信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片，其特征在于，可見光近紅外光束進入石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片后，被離散化為陣列化子入射波束，各子入射波束與受控電場激勵下的液晶分子作用，被匯聚成匯聚光斑構(gòu)成的微光點陣，并經(jīng)進一步演化耦合形成遠場透射波束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片，其特征在于， 所述石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片還包括芯片殼體； 石墨烯液晶聚光微透鏡陣列位于芯片殼體內(nèi)并與其固連； 石墨烯液晶聚光微透鏡陣列的光入射面和光出射面通過芯片殼體的頂面和底面開窗裸露出來； 驅(qū)控信號輸入端口設置在芯片殼體上，并通過芯片殼體的側(cè)面開孔裸露在外。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片，其特征在于，第一和第二液晶定向?qū)泳删埘啺分瞥伞?br>
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯基電控液晶光匯聚微透鏡陣列芯片，其特征在于，在石墨烯液晶聚光微透鏡陣列的光入射面和光出射面均制作有同種材質(zhì)的第一光增透膜系和第二光增透膜系。
【文檔編號】G02F1/1337GK104317118SQ201410577289
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】張新宇, 羅俊, 佟慶, 雷宇, 桑紅石, 張?zhí)煨? 謝長生 申請人:華中科技大學