【摘 要】
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通过电极间所激励的空间电场驱控液晶分子偏转来构造特定空间排布,实现微纳控光与光敏基础上的高效波前测量与调变这一方式,是近些年所兴起和快速发展的一项高效能自适应光学探测手段。电控液晶微纳控光结构以其驱控灵活、控光变换稳定可靠、功耗低、易与其他功能结构匹配耦合甚至集成等特征,显示出了日益广阔的发展前景。本文开展了基于控光用向列相液晶材料的介电特性,构建用于扩展波前测调能力的电控液晶微镜矩阵的研究。通过
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通过电极间所激励的空间电场驱控液晶分子偏转来构造特定空间排布,实现微纳控光与光敏基础上的高效波前测量与调变这一方式,是近些年所兴起和快速发展的一项高效能自适应光学探测手段。电控液晶微纳控光结构以其驱控灵活、控光变换稳定可靠、功耗低、易与其他功能结构匹配耦合甚至集成等特征,显示出了日益广阔的发展前景。本文开展了基于控光用向列相液晶材料的介电特性,构建用于扩展波前测调能力的电控液晶微镜矩阵的研究。通过在微米级厚度的液晶材料上所激励的空间电场,对液晶指向矢的空间分布形态施加有序调控,实现基于电控调焦和摆焦基础上的波前测调能力增强。论文主要研究工作如下:首先基于液晶连续弹性和电磁场理论,使用有限差分迭代法计算液晶指向矢在电场作用下的空间分布特征,通过仿真常规液晶微镜验证模型。在实现单圆孔和双电极液晶微镜基础上,设计了通过扇环形电极阵实现焦平面上焦点摆动,以及光轴方向上焦距调节的电控液晶微镜矩阵。仿真显示,设置不同的电极圆孔尺寸和圆孔图案占空比,会显著影响用于Shack-Hartmann(SH)型波前测调的液晶微镜采光聚光效能,圆孔过大将导致微镜出现亚聚焦现象。经过优化的典型孔径比为:微孔径/扇环外径=2/3,所构建的10×10元规模的微圆孔其孔径为60μm,扇环外径为90μm。其次经过紫外光刻、电子束蒸发和套刻等工艺,制作基于氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)电极的电控液晶微镜矩阵并测试参数指标。典型性能参数包括:驱控电压4.95Vrms时,焦距为1.76mm,随电压信号均方幅值的升高焦距变短。为了提高控光效能,又进一步制作了电阻率低且可屏蔽杂光的铝电极微镜,典型性能参数包括:微镜在驱控电压3~7Vrms范围内可实现有效调焦,焦距可变动范围为2.00~0.60mm,最大摆焦幅度8μm,摆焦幅度与焦距比(SF)约8‰。借鉴薄膜场效应晶体管液晶电扫描显示原理,设计了一种用于驱控液晶微镜阵列的电压信号扫描“主动式矩阵”。对驱控电路进行的仿真及实验测试显示,驱控电压信号最大可达到约10Vrms,能有效满足对液晶微镜矩阵的驱控要求,为液晶基波前测调技术的进一步发展提供了一种新的控制方式选择。
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