自适应电控液晶微透镜及透镜阵列

论文摘要

自适应电控液晶透镜及其阵列作为一种灵巧光学器件,具有体积小、重量轻、功能强、响应速度快等特点,其焦距等光学参量由所施加的电压控制,调节方便。因其良好的电控光学特性,在自适应光学、高性能成像探测、光通信、光互联以及光束整形等领域,具有广泛的应用前景。本文第一章简述了课题背景。第二章介绍了液晶材料特性,详细分析了向列相液晶的指向矢、介电各向异性、弹性自由能密度以及电光效应等物理性质。在第三章中,根据向列相液晶的物理特征,提出了单元和阵列液晶微透镜结构并确定了器件参数范围。以电磁场理论为基础,利用拉普拉斯差分迭代法,对器件所要求的电场分布进行了计算并图形显示。仿真结果与预期效果相符,为器件制作提供了依据。在第四章中,介绍了制作器件的工艺流程。首先,利用L-edit软件,设计了用于制作器件电极的光刻版图;然后通过光刻、显影、湿法刻蚀等制作了电极结构;通过涂布聚酰亚胺、PI固化以及摩擦等,制作了液晶的定向层结构;最后,经制作液晶结构的隔离介质、加注液晶、器件封装等,获得了单元及阵列液晶微透镜。通过实验,建立一整套制作器件的工艺流程,确定了关键性的工艺参数。在第五章中,设计并构建了测试器件的电/光性能指标的测试光路,对器件的光焦斑尺寸,焦距随电压的变化以及在单色光照射下的干涉情况等进行了测试。结果表明,液晶器件的电控响应时间,焦斑尺寸,焦深等性能指标都达到了预期目标。最后,对全文工作进行了总结,对后续工作提出了展望和建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概论
• 1.1 自适应光学
• 1.2 电控液晶器件
• 1.3 课题概述
• 2 电控液晶透镜原理
• 2.1 液晶特性
• 2.2 向列相液晶
• 2.3 应用和发展
• 3 器件结构设计与电场建模仿真
• 3.1 单元器件结构设计
• 3.2 阵列器件结构设计
• 3.3 电场分布建模
• 3.4 仿真与分析
• 4 液晶器件制作
• 4.1 光刻版设计
• 4.2 控制电极
• 4.3 液晶定向层
• 4.4 液晶间隔层结构
• 4.5 灌注液晶及封口
• 4.6 小结
• 5 液晶器件光学性能测试
• 5.1 测试方案
• 5.2 测试系统构成
• 5.3 分析与讨论
• 6 总结
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士期间发表的论文及专利申请目录