【摘 要】
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电控液晶微镜阵列作为一种加电调焦控光的微光学结构,区别于传统光学成像系统中使用多透镜组合执行机械调焦这一架构方式。基于液晶材料的电光特性,通过调节驱控电压信号实现电调焦电摆焦操作。具有小型化、可集成、响应快以及控光能力强等特点。在电控液晶微镜以及液晶显示器件中,通常需要在电极材料上涂覆聚酰亚胺膜并通过机械摩擦方式,在聚酰亚胺（PI）表面形成微纳凹槽,作为液晶材料的初始定向层而呈现功能化控光作用。通
【基金项目】
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国家国防科工局国防基础研究计划项目:***石墨烯***；
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电控液晶微镜阵列作为一种加电调焦控光的微光学结构,区别于传统光学成像系统中使用多透镜组合执行机械调焦这一架构方式。基于液晶材料的电光特性,通过调节驱控电压信号实现电调焦电摆焦操作。具有小型化、可集成、响应快以及控光能力强等特点。在电控液晶微镜以及液晶显示器件中,通常需要在电极材料上涂覆聚酰亚胺膜并通过机械摩擦方式,在聚酰亚胺（PI）表面形成微纳凹槽,作为液晶材料的初始定向层而呈现功能化控光作用。通常通过摩擦聚酰亚胺膜形成的微纳凹槽其平均深度和宽度分别在几十纳米和亚微米尺度,相邻凹槽间的平均间隔其典型值约为0.7μm,从而会因明显的微纳凹槽红外衍射作用影响液晶器件光学性能。石墨烯作为一种新型的二维柔性纳米材料,在可见光和红外谱段呈现极高的透射率,同时对于液晶分子具有较强的锚定作用。本文研究了石墨烯电极材料及其对液晶分子的初始定向作用,提出了利用单晶石墨烯作为电控液晶微镜阵列中的电极材料对液晶执行初始定向,从而去除了传统聚酰亚胺涂覆以及机械摩擦定向这两个操作步骤,实现液晶微镜阵列的高效电控聚光,同时避免了红外光束的衍射干扰。本文的主要工作如下:首先基于石墨烯对于液晶分子的初始锚定作用,对单晶石墨烯表面电场进行了仿真分析,讨论了石墨烯对于液晶分子存在三个沿易轴方向的优先取向属性,对电控液晶微镜进行了建模仿真。根据石墨烯诱导定向与PI摩擦定向的区别,分析了在微圆孔图案电极下的不同预倾角及驱控电压参数,对液晶分子的指向矢、折射率及相位延迟分布等的影响。基于偏光显微图像观察液晶液滴在石墨烯表面的指向矢排布,分析了液晶在单晶石墨烯表面六重径向对称分布行为以及单晶石墨烯与多晶石墨烯对于液晶分子的锚定差别。按照标准微纳工艺,结合石墨烯的液晶定向作用,以单晶石墨烯为电极材料和定向层,制作了基于单晶石墨烯电极的液晶微镜阵列,从而简化了液晶器件工艺流程,避免了传统摩擦定向操作所引发的微束干扰、摩擦静电和杂质引入所带来的器件性能降低。最后通过所搭建的光学测试系统,对单晶石墨烯液晶微镜阵列在可见光（中心波长531nm、653nm）以及近红外谱域（中心波长980nm）进行了光学性能测试与评估,其在三种波长下的焦距变化范围分别为:1.28 mm～1.49mm、1.60 mm～1.86mm和1.56 mm～2.48mm。所获得的面阵聚光图案以及锐利的点扩散函数,显示了单晶石墨烯液晶微镜阵列在较宽谱域上的良好电控聚光效能。
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