CN109374132A - 一种可调节偏振和光谱的成像探测芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调节偏振和光谱的成像探测芯片，包括从上到下平行设置、且透光面积完全相同的电调偏振模块、电调光谱模块、以及光敏阵列，电调偏振模块包括从上到下平行设置的电调偏振图案电极引线层、第一基片、电调偏振图案电极、第一液晶定向层、第一液晶层、第二基片、以及光学介质层，电调光谱模块包括从上到下平行设置的第三基片、第一电调光谱电极、第二液晶定向层、第二液晶层、第三液晶定向层、第二电调光谱电极、以及第四基片。本发明能解决现有偏振成像探测技术存在的应用范围有限、能量利用率低、探测性能会被光栅影响的技术问题，以及现有谱光成像探测技术存在的无法实现谱偏振光探测的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于光学精密测量控制与成像探测技术领域，更具体地，涉及一种可调节偏振和光谱的成像探测芯片及其制备方法。
背景技术
迄今为止，可见光与红外焦平面成像探测技术已经获得了快速发展，并在持续增大阵列规模、缩小光敏元尺寸、采用量子光敏结构、提高光能利用率、增强光电灵敏度以及降低噪声等方面不断获得突破。商用可见光和近红外单片成像探测器的最大阵列规模目前均已超过亿像素级，红外焦平面成像阵列已超过千万像素级，基于芯片拼接的成像探测阵列规模已达到仅取决于光学系统这一程度。尽管如此，现有的成像探测技术仍然严重滞后于日趋复杂的目标探测和识别需求。
为了解决上述问题，研究者们开发出两种成像探测方法：第一种是谱光成像探测技术，即基于多波段成像光敏结构的层化/空变架构获取可调变的光谱图像信息；第二种是偏振成像探测技术，其主要通过像素级偏振测量与偏振成图操作，获得目标光波的可调节偏振特征、以及基于光矢量特定从优振动取向的图像信息。
然而，上述两种成像探测方法均存在一些不可忽略的缺陷：首先，偏振成像探测技术是基于不加电的探测技术，其仅仅能够在偏振模式下工作，应用范围有限；其次，偏振成像探测技术普遍采用金属光栅结构，光栅的存在会导致部分光线被其遮挡而无法用于光电探测操作，从而降低能量利用率；此外，被遮挡的光还会作为串扰光成为背景噪声，从而影响探测性能；最后，针对谱光成像探测技术而言，其无法实现谱偏振光的探测。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可调节偏振和光谱的成像探测芯片及其制备方法，其目的在于，解决现有偏振成像探测技术存在的应用范围有限、能量利用率低、探测性能会被光栅影响的技术问题，以及现有谱光成像探测技术存在的无法实现谱偏振光探测的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可调节偏振和光谱的成像探测芯片，包括从上到下平行设置、且透光面积完全相同的电调偏振模块、电调光谱模块、以及光敏阵列，电调偏振模块包括从上到下平行设置的电调偏振图案电极引线层、第一基片、电调偏振图案电极、第一液晶定向层、第一液晶层、第二基片、以及光学介质层，电调光谱模块包括从上到下平行设置的第三基片、第一电调光谱电极、第二液晶定向层、第二液晶层、第三液晶定向层、第二电调光谱电极、以及第四基片，电调偏振图案电极包括m*n个单元电调偏振电极，其中m和n都是大于或等于1的整数，每个单元电调偏振电极包括4个相对于X轴方向和Y轴方向对称排列的光栅，每个光栅的两端均设置有一个引脚，一对金属线分别从每一个光栅的两个引脚伸出，垂直穿过第一基片和电调偏振图案电极引线层后，分别连接到外部电压信号U1，一对金属线分别从第一电调光谱电极和第二电调光谱电极的同一侧引出，并分别连接到外部电压信号U2的两端。
优选地，其中一个光栅是相对于X轴方向呈+45度，与该光栅相邻的两个光栅分别是相对于X轴方向呈90度和0度，与该光栅呈对角线方向的另一个光栅是相对于X轴方向呈-45度；
优选地，所述成像探测芯片进一步包括增透膜，其设置于电调偏振图案电极引线层的上方，是由适用于可见光谱域或红外谱域的常规光学增透材料制成，厚度为100纳米到800纳米。
优选地，第一基片、第二基片、第三基片、以及第四基片均是由透光石英、光学树脂、玻璃、和/或塑料制成，其厚度为1毫米到5毫米；
优选地，第一液晶层和第二液晶层的厚度在5微米到500微米之间，第一电调光谱电极和第二电调光谱电极均是由金属材料制成，其厚度是50纳米到500纳米之间。
优选地，光敏阵列采用可见光或红外光敏阵列，其阵列规模是p*q，其中p和q的取值范围是64到10000之间。
按照本发明的另一方面，提供了一种用于制备上述成像探测芯片的方法，包括以下步骤：
(一)制备电调偏振模块，具体包括以下步骤：
(1-1)依次采用丙酮、酒精和去离子水溶剂对第一基片和第二基片进行超声清洗并烘干；
(1-2)在干燥后的第一基片的正面和反面上分别制作金属氧化物导电膜，在第二基片的正面上按照常规方法制作光学介质层，并经超声清洗并烘干；
(1-3)在干燥后的第一基片的正面和反面用匀胶机涂覆正性或负性光刻胶，并烘干5至20分钟；
(1-4)分别将光刻版盖在第一基片的正面和反面，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并经过显影、腐蚀和清洗处理；
(1-5)用显影液溶掉第一基片的正面和反面上感光部分/未感光部分的光刻胶，留下未感光部分/感光部分，然后用去离子水冲洗并烘干2至5分钟；
(1-6)用浓度在50％～30％的HCl溶液把第一基片上未受光刻胶保护的金属氧化物(如ITO膜)腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属氧化物保存下来，从而在第一基片的正面上形成电调偏振图案电极引线层，在其反面上形成电调偏振电极；
(1-7)在第一基片正面上的电调偏振图案电极引线与反面上的电调偏振电极相对应的各引脚处，采用常规微加工方法制成通孔，并在通孔中充分填充导电材料，以形成电调偏振图案电极引线与电调偏振电极间的良好电接触；
(1-8)用丙酮和去离子水对腐蚀后的第一基片的正面和反面电极上的残余材料进行清洗并烘干；
(1-9)用匀胶机在第一基片的电调偏振电极上涂覆液晶定向层；
(1-10)把涂覆了液晶定向层的第一基片放入退火炉中进行退火固化处理；
(1-11)沿平行于第一基片的一个边缘的方向摩擦液晶定向层，以形成第一液晶定向层。
(1-12)在第一基片的正面上的电调偏振图案电极引线表面基于常规方法制作增透膜，将第一基片在电调偏振电极端面一侧与第二基片无光学介质层端面一侧对准并紧密贴合，构成电调偏振模块的液晶微腔的上下模板，将玻璃间隔子掺入上模板的第一液晶定向层与下模板之间二者的边缘处，用UV胶封住上模板和下模板的左右两侧，通过渗透法灌注向列型液晶于二者之间；
(1-13)封装过程：用UV胶封住上模板和下模板的上下两侧并烘干。
(二)制备电调光谱模块，具体包括以下步骤：
(2-1)依次采用丙酮、酒精和去离子水溶剂对第三基片和第四基片进行超声清洗并烘干。
(2-2)在干燥后的第三基片和第四基片的正面上分别制作金属电调光谱电极，并经超声清洗并烘干。
(2-3)在干燥后的第三基片和第四基片具有电调光谱电极一侧的端面上，用匀胶机涂覆正性或负性光刻胶并烘干5至20分钟。
(2-4)分别将特定光刻版盖在第三基片和第四基片上的涂覆有光刻胶的端面上，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并经过显影、腐蚀和清洗处理。
(2-5)用显影液溶掉第三基片和第四基片上的感光部分或未感光部分的光刻胶，留下未感光部分或感光部分，然后用去离子水冲洗并烘干2至5分钟。
(2-6)用浓度在50％～30％的HCl溶液把第三基片和第四基片上未受光刻胶保护的金属膜如铝膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属膜如铝膜保存下来，以在第三基片和第四基片上形成具有特定尺寸和形态的电调光谱电极。
(2-7)用丙酮和去离子水对腐蚀后的第三基片和第四基片上的金属电调光谱电极上的残余材料进行清洗并烘干；
(2-8)用匀胶机在第三基片和第四基片上的金属电调光谱电极上涂覆液晶定向层；
(2-9)把涂覆了液晶定向层的第三基片和第四基片放入退火炉中进行退火固化处理；
(2-10)沿平行于第三基片和第四基片的一个同向边缘的方向摩擦液晶定向层，以在第三基片上形成第二液晶定向层，并在第四基片上形成第三液晶定向层。
(2-11)在第三基片上制作有金属电调光谱电极的端面一侧与第四基片上同样制作有金属电调光谱电极的端面一侧紧密对准，构成电调光谱模块的液晶微腔的上下模板，将玻璃间隔子掺入上模板的第二液晶定向层与下模板的第三液晶定向层之间二者的边缘处，用UV胶封住上模板和下模板的左右两侧，通过渗透法灌注向列型液晶在二者之间；
(2-12)用UV胶封住上模板和下模板的上下两侧并烘干。
(三)将电调偏振模块和电调光谱模块混合集成为控光模块，具体包括以下步骤：
(3-1)在真空状态下，将电调偏振模块上制备有光学介质层的一侧端面与电调光谱模块的一个端面对准并紧密贴合；
(3-2)将电调偏振模块与电调光谱模块的金属线引出；
(3-3)用UV胶封住电调偏振模块和电调光谱模块上下两侧并烘干。
(四)将控光模块与光敏阵列混合集成为可调节偏振和光谱的成像探测芯片，具体包括以下步骤：
(4-1)将光敏阵列的光学窗口材料和支撑架去除；
(4-2)在真空状态下，将控光模块在无增透膜的端面一侧与光敏阵列在光入射端面一侧对准并紧密贴合；
(4-3)将控光模块的金属线引出；
(4-4)用UV胶封住控光模块和光敏阵列的上下两侧并烘干。
优选地，第一基片反面上的电调偏振电极包括m*n个单元电调偏振电极，其中m和n都是大于或等于1的整数，每个单元电调偏振电极包括4个相对于X轴方向和Y轴方向对称排列的光栅，每个光栅的两端均设置有一个引脚，其中一个光栅是相对于X轴方向呈+45度，与该光栅相邻的两个光栅分别是相对于X轴方向呈90度和0度，与该光栅呈对角线方向的另一个光栅是相对于X轴方向呈-45度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明通过将电调偏振模块和电调光谱模块分别与不同的外部电压连接，实现相互独立的液晶基电选电调光偏振光操作和液晶基电选电调谱光波操作，从而解决了现有偏振成像探测技术仅仅能够实现偏振光探测的技术问题，并是本发明具备较大的应用范围；
2、由于本发明采用可精密电驱控的电调偏振模块和电调光谱模块，具有极高的结构、电子学、电光和光电参数的稳定性，并具有能量利用率高、探测精度高的优点；
3、本发明通过测调光偏振与光谱等成像光波参量，使成像探测受图像信息处理、先验知识、人工干预等因素的控制、约束和引导，从而可有效适应复杂环境和对抗性措施；
4、本发明通过将光偏振测调功能和谱光波电选电调功能分别固化在两个独立的模块上并混合集成，具有结构灵巧、稳固的优点；
5、由于本发明的成像探测芯片主体为封装在芯片外壳内的电调偏振模块、电调光谱模块和成像光敏阵列，在光路中接插方便，易与常规可见光或红外光学、光电、机械结构等匹配和耦合。
附图说明
图1是本发明可调节偏振和光谱的成像探测芯片的结构示意图；
图2是本发明可调节偏振和光谱的成像探测芯片的立体图；
图3是本发明电调偏振图案电极的示意图；
图4是本发明单元电调偏振电极所包括的4个光栅的排布角度示意图。
图5示出本发明单元电调偏振电极所包括的4个光栅。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1：增透膜，2：电调偏振图案电极引线层，3：第一基片，4：电调偏振图案电极，5：第一液晶定向层，6：第一液晶层，7：第二基片，8：光学介质层，9：第三基片，10：第一电调光谱电极，11：第二液晶定向层，12：第二液晶层，13：第三液晶定向层，14：第二电调光谱电极，15：第四基片，16：光敏阵列。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1和图2所示，本发明可调节偏振和光谱的成像探测芯片可封装在外壳内，包括从上到下平行设置、且透光面积完全相同的电调偏振模块、电调光谱模块、以及光敏阵列，电调偏振模块包括从上到下平行设置的增透膜1、电调偏振图案电极引线层2、第一基片3、电调偏振图案电极4、第一液晶定向层5、第一液晶层6、第二基片7、以及光学介质层8；电调光谱模块包括从上到下平行设置的第三基片9、第一电调光谱电极10、第二液晶定向层11、第二液晶层12、第三液晶定向层13、第二电调光谱电极14、以及第四基片15。
增透膜1是由适用于可见光谱域或红外谱域的常规光学增透材料制成，其厚度为100纳米到800纳米。
第一基片3是由透光石英、光学树脂、玻璃、和/或塑料等材料制成，其厚度为1毫米到5毫米。
如图3所示，电调偏振图案电极4包括m*n个(其中m和n都是大于等于1的整数)单元电调偏振电极。每个单元电调偏振电极包括4个相对于X轴方向和Y轴方向对称排列的光栅，每个光栅的两端均设置有一个引脚，其中一个光栅是相对于X轴方向呈+45度，与该光栅相邻的两个光栅分别是相对于X轴方向呈90度和0度，与该光栅呈对角线方向的另一个光栅是相对于X轴方向呈-45度，如图4和图5所示。当然，图5也可以被看做是当电调偏振图案电极仅仅包括1个单元电调偏振电极时，该单元电调偏振电极中光栅的排列。
应该注意的是，单元电调偏振电极中四个光栅的位置可以自由设定，而并不局限于图4和图5中所示的位置。
一对金属线分别从每一个光栅的两个引脚伸出，垂直穿过该电调偏振图案电极4上方的第一基片3和电调偏振图案电极引线层2后，分别连接到外部电压信号U1,(i,j),k；其中i表示该光栅在电调偏振图案电极中的行号，其取值是1到m之间，j表示该光栅在电调偏振图案电极中的列号，其取值是1到n之间，k是光栅相对于X轴方向的角度；
应该注意的是，引出的所有金属线可以连接到同一个外部电压信号，也可以连接到不同的外部电压信号。
举例而言，对于第2行第3列的单元电调偏振电极中取向与X轴呈+45度的光栅而言，从其两端引脚引出的两个金属线通过第一基片3后，从电调偏振图案电极引线层2引出，并分别连接到外部电压信号U1,(2,3),+45。
第一液晶层6和第二液晶层12的厚度在5微米到500微米之间。
第二基片7、第三基片9、以及第四基片15和第一基片3的材料完全相同。
一对金属线分别从第一电调光谱电极10和第二电调光谱电极14的同一侧引出，并分别连接到外部电压信号U2的两端，且有U1≠U2。
第一电调光谱电极10和第二电调光谱电极14均是由金属材料制成,例如金、银、铝等，其厚度是50纳米到500纳米之间。
光敏阵列16采用可见光或红外光敏阵列，其阵列规模是p*q，其中p和q的取值范围是64到10000之间。
本发明用于制备可调节偏振和光谱的成像探测芯片的方法包括以下步骤：
(一)制备电调偏振模块，具体包括以下步骤：
(1)清洗过程：依次采用丙酮、酒精和去离子水溶剂对第一基片和第二基片进行超声清洗并烘干；
(2)在干燥后的第一基片的正面和反面上分别制作厚度在百纳米尺度的金属氧化物导电膜，在第二基片的正面上按照常规方法制作光学介质层，并经超声清洗并烘干；
(3)涂胶过程：在干燥后的第一基片的正面和反面用匀胶机涂覆正性或负性光刻胶，并烘干5至20分钟；
(4)光刻过程：分别将光刻版盖在第一基片的正面和反面，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并经过显影、腐蚀和清洗处理；
(5)显影过程：用显影液溶掉第一基片的正面和反面上感光部分/未感光部分的光刻胶，留下未感光部分/感光部分，然后用去离子水冲洗并烘干2至5分钟；
(6)腐蚀过程：用浓度在50％～30％的HCl溶液把第一基片上未受光刻胶保护的金属氧化物(如ITO膜)腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属氧化物保存下来，从而在第一基片的正面上形成电调偏振图案电极引线层，在其反面上形成电调偏振电极；
具体而言，第一基片反面上的电调偏振电极由多个单元电调偏振电极规则排布构成，每单元单元电调偏振电极分别由0°、90°、45°与-45°取向的多根金属线构成独立加电驱控的图案电极并按照矩形方式排布构成。第一基片正面上的电调偏振图案电极引线由多组独立加电的引线规则排布构成，各引线分别与反面上的0°、90°、45°或-45°取向的多根金属线图案电极电连接并引出。
(7)在第一基片正面上的电调偏振图案电极引线与反面上的电调偏振电极相对应的各引脚处，采用常规微加工方法制成孔径约在几微米尺度的通孔，并充分填充导电材料(例如金属铝)，以形成电调偏振图案电极引线与电调偏振电极间的良好电接触。
(8)清洗过程：用丙酮和去离子水对腐蚀后的第一基片的正面和反面电极上的残余材料进行清洗并烘干；
(9)涂覆定向层过程：用匀胶机在第一基片的电调偏振电极上涂覆液晶定向层；
(10)烘干过程：把涂覆了液晶定向层的第一基片放入退火炉中进行退火固化处理；
(11)摩擦过程：用绒布沿平行于第一基片的一个边缘的方向摩擦液晶定向层，形成第一液晶定向层。
(12)电调偏振模块构建过程：在第一基片的正面上的电调偏振图案电极引线表面基于常规方法制作增透膜，将第一基片在电调偏振电极端面一侧与第二基片无光学介质层端面一侧对准并紧密贴合，构成电调偏振模块的液晶微腔的上下模板，将玻璃间隔子掺入上模板的第一液晶定向层与下模板之间二者的边缘处，用UV胶封住上模板和下模板的左右两侧，通过渗透法灌注向列型液晶于二者之间；
(13)封装过程：用UV胶封住上模板和下模板的上下两侧并烘干。
(二)制备电调光谱模块，具体包括以下步骤：
(1)清洗过程：依次采用丙酮、酒精和去离子水溶剂对第三基片和第四基片进行超声清洗并烘干。
(2)在干燥后的第三基片和第四基片的正面上分别制作厚度在百纳米尺度的、具有良好导电和反射率(一般控制在80％以上)的金属电调光谱电极，并经超声清洗并烘干。
(3)涂胶过程：在干燥后的第三基片和第四基片具有电调光谱电极一侧的端面上，用匀胶机涂覆正性或负性光刻胶并烘干5至20分钟。
(4)光刻过程：分别将特定光刻版盖在第三基片和第四基片上的涂覆有光刻胶的端面上，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并经过显影、腐蚀和清洗处理。
(5)显影过程：用显影液溶掉第三基片和第四基片上的感光部分或未感光部分的光刻胶，留下未感光部分或感光部分，然后用去离子水冲洗并烘干2至5分钟。
(6)腐蚀过程：用浓度在50％～30％的HCl溶液把第三基片和第四基片上未受光刻胶保护的金属膜如铝膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属膜如铝膜保存下来，以在第三基片和第四基片上形成具有特定尺寸和形态的电调光谱电极。
(7)清洗过程：用丙酮和去离子水对腐蚀后的第三基片和第四基片上的金属电调光谱电极上的残余材料进行清洗并烘干；
(8)涂覆定向层过程：用匀胶机在第三基片和第四基片上的金属电调光谱电极上涂覆液晶定向层。
(9)烘干过程：把涂覆了液晶定向层的第三基片和第四基片放入退火炉中进行退火固化处理。
(10)摩擦过程：用绒布沿平行于第三基片和第四基片的一个同向边缘的方向摩擦液晶定向层，以在第三基片上形成第二液晶定向层，并在第四基片上形成第三液晶定向层。
(11)电调光谱模块构建过程：在第三基片上制作有金属电调光谱电极的端面一侧与第四基片上同样制作有金属电调光谱电极的端面一侧紧密对准，构成电调光谱模块的液晶微腔的上下模板，将玻璃间隔子掺入上模板的第二液晶定向层与下模板的第三液晶定向层之间二者的边缘处，用UV胶封住上模板和下模板的左右两侧，通过渗透法灌注向列型液晶在二者之间；
(12)封装过程：用UV胶封住上模板和下模板的上下两侧并烘干。
(三)将电调偏振模块和电调光谱模块混合集成为控光模块，具体包括以下步骤：
(1)在真空状态下，将电调偏振模块上制备有光学介质层的一侧端面与电调光谱模块的一个端面对准并紧密贴合；
(2)将电调偏振模块与电调光谱模块的金属线引出；
(3)封装过程：用UV胶封住电调偏振模块和电调光谱模块上下两侧并烘干。
(四)将控光模块与光敏阵列混合集成为可调节偏振和光谱的成像探测芯片，具体包括以下步骤：
(1)将光敏阵列的光学窗口材料和支撑架去除；
(2)在真空状态下，将控光模块在无增透膜的端面一侧与光敏阵列在光入射端面一侧对准并紧密贴合；
(3)将控光模块的金属线引出；
(4)封装过程：UV胶封住控光模块和光敏阵列的上下两侧并烘干。
本发明的优点在于，通过耦合液晶基电控偏振、电控光谱与面阵光敏等功能，构成集成化光电成像探测架构，执行芯片级控光(“控”即光谱和偏振)的成像探测操作，在测量、调变光偏振与光谱等基础上，使光电成像探测受图像信息处理、先验知识或人工干预等的控制、约束或引导，具有适应复杂环境因素或对抗性措施，兼容主/被动成像探测识别，微纳波束控制效能高，光场适应性强，结构尺寸和质量小，功耗低，易与其它光学、光电、机械及电子学结构耦合的优点。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可调节偏振和光谱的成像探测芯片，包括从上到下平行设置、且透光面积完全相同的电调偏振模块、电调光谱模块、以及光敏阵列，其特征在于，
电调偏振模块包括从上到下平行设置的电调偏振图案电极引线层、第一基片、电调偏振图案电极、第一液晶定向层、第一液晶层、第二基片、以及光学介质层；
电调光谱模块包括从上到下平行设置的第三基片、第一电调光谱电极、第二液晶定向层、第二液晶层、第三液晶定向层、第二电调光谱电极、以及第四基片；
电调偏振图案电极包括m*n个单元电调偏振电极，其中m和n都是大于或等于1的整数；
每个单元电调偏振电极包括4个相对于X轴方向和Y轴方向对称排列的光栅，每个光栅的两端均设置有一个引脚；
一对金属线分别从每一个光栅的两个引脚伸出，垂直穿过第一基片和电调偏振图案电极引线层后，分别连接到外部电压信号U1；
一对金属线分别从第一电调光谱电极和第二电调光谱电极的同一侧引出，并分别连接到外部电压信号U2的两端。
2.根据权利要求1所述的成像探测芯片，其特征在于，其中一个光栅是相对于X轴方向呈+45度，与该光栅相邻的两个光栅分别是相对于X轴方向呈90度和0度，与该光栅呈对角线方向的另一个光栅是相对于X轴方向呈-45度。
3.根据权利要求1所述的成像探测芯片，其特征在于，进一步包括增透膜，其设置于电调偏振图案电极引线层的上方，是由适用于可见光谱域或红外谱域的常规光学增透材料制成，厚度为100纳米到800纳米。
4.根据权利要求1所述的成像探测芯片，其特征在于，第一基片、第二基片、第三基片、以及第四基片均是由透光石英、光学树脂、玻璃、和/或塑料制成，其厚度为1毫米到5毫米。
5.根据权利要求1所述的成像探测芯片，其特征在于，
第一液晶层和第二液晶层的厚度在5微米到500微米之间；
第一电调光谱电极和第二电调光谱电极均是由金属材料制成，其厚度是50纳米到500纳米之间。
6.根据权利要求1所述的成像探测芯片，其特征在于，光敏阵列采用可见光或红外光敏阵列，其阵列规模是p*q，其中p和q的取值范围是64到10000之间。
7.一种用于制备上述权利要求1至6所述的成像探测芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)制备电调偏振模块，具体包括以下步骤：
(1-1)依次采用丙酮、酒精和去离子水溶剂对第一基片和第二基片进行超声清洗并烘干；
(1-2)在干燥后的第一基片的正面和反面上分别制作金属氧化物导电膜，在第二基片的正面上按照常规方法制作光学介质层，并经超声清洗并烘干；
(1-3)在干燥后的第一基片的正面和反面用匀胶机涂覆正性或负性光刻胶，并烘干5至20分钟；
(1-4)分别将光刻版盖在第一基片的正面和反面，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并经过显影、腐蚀和清洗处理；
(1-5)用显影液溶掉第一基片的正面和反面上感光部分/未感光部分的光刻胶，留下未感光部分/感光部分，然后用去离子水冲洗并烘干2至5分钟；
(1-6)用浓度在50％～30％的HCl溶液把第一基片上未受光刻胶保护的金属氧化物(如ITO膜)腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属氧化物保存下来，从而在第一基片的正面上形成电调偏振图案电极引线层，在其反面上形成电调偏振电极；
(1-7)在第一基片正面上的电调偏振图案电极引线与反面上的电调偏振电极相对应的各引脚处，采用常规微加工方法制成通孔，并在通孔中充分填充导电材料，以形成电调偏振图案电极引线与电调偏振电极间的良好电接触；
(1-8)用丙酮和去离子水对腐蚀后的第一基片的正面和反面电极上的残余材料进行清洗并烘干；
(1-9)用匀胶机在第一基片的电调偏振电极上涂覆液晶定向层；
(1-10)把涂覆了液晶定向层的第一基片放入退火炉中进行退火固化处理；
(1-11)沿平行于第一基片的一个边缘的方向摩擦液晶定向层，以形成第一液晶定向层。
(1-12)在第一基片的正面上的电调偏振图案电极引线表面基于常规方法制作增透膜，将第一基片在电调偏振电极端面一侧与第二基片无光学介质层端面一侧对准并紧密贴合，构成电调偏振模块的液晶微腔的上下模板，将玻璃间隔子掺入上模板的第一液晶定向层与下模板之间二者的边缘处，用UV胶封住上模板和下模板的左右两侧，通过渗透法灌注向列型液晶于二者之间；
(1-13)封装过程：用UV胶封住上模板和下模板的上下两侧并烘干。
(二)制备电调光谱模块，具体包括以下步骤：
(2-1)依次采用丙酮、酒精和去离子水溶剂对第三基片和第四基片进行超声清洗并烘干。
(2-2)在干燥后的第三基片和第四基片的正面上分别制作金属电调光谱电极，并经超声清洗并烘干。
(2-3)在干燥后的第三基片和第四基片具有电调光谱电极一侧的端面上，用匀胶机涂覆正性或负性光刻胶并烘干5至20分钟。
(2-4)分别将特定光刻版盖在第三基片和第四基片上的涂覆有光刻胶的端面上，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并经过显影、腐蚀和清洗处理。
(2-5)用显影液溶掉第三基片和第四基片上的感光部分或未感光部分的光刻胶，留下未感光部分或感光部分，然后用去离子水冲洗并烘干2至5分钟。
(2-6)用浓度在50％～30％的HCl溶液把第三基片和第四基片上未受光刻胶保护的金属膜如铝膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属膜如铝膜保存下来，以在第三基片和第四基片上形成具有特定尺寸和形态的电调光谱电极。
(2-7)用丙酮和去离子水对腐蚀后的第三基片和第四基片上的金属电调光谱电极上的残余材料进行清洗并烘干；
(2-8)用匀胶机在第三基片和第四基片上的金属电调光谱电极上涂覆液晶定向层；
(2-9)把涂覆了液晶定向层的第三基片和第四基片放入退火炉中进行退火固化处理；
(2-10)沿平行于第三基片和第四基片的一个同向边缘的方向摩擦液晶定向层，以在第三基片上形成第二液晶定向层，并在第四基片上形成第三液晶定向层。
(2-11)在第三基片上制作有金属电调光谱电极的端面一侧与第四基片上同样制作有金属电调光谱电极的端面一侧紧密对准，构成电调光谱模块的液晶微腔的上下模板，将玻璃间隔子掺入上模板的第二液晶定向层与下模板的第三液晶定向层之间二者的边缘处，用UV胶封住上模板和下模板的左右两侧，通过渗透法灌注向列型液晶在二者之间；
(2-12)用UV胶封住上模板和下模板的上下两侧并烘干。
(三)将电调偏振模块和电调光谱模块混合集成为控光模块，具体包括以下步骤：
(3-1)在真空状态下，将电调偏振模块上制备有光学介质层的一侧端面与电调光谱模块的一个端面对准并紧密贴合；
(3-2)将电调偏振模块与电调光谱模块的金属线引出；
(3-3)用UV胶封住电调偏振模块和电调光谱模块上下两侧并烘干。
(四)将控光模块与光敏阵列混合集成为可调节偏振和光谱的成像探测芯片，具体包括以下步骤：
(4-1)将光敏阵列的光学窗口材料和支撑架去除；
(4-2)在真空状态下，将控光模块在无增透膜的端面一侧与光敏阵列在光入射端面一侧对准并紧密贴合；
(4-3)将控光模块的金属线引出；
(4-4)用UV胶封住控光模块和光敏阵列的上下两侧并烘干。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
第一基片反面上的电调偏振电极包括m*n个单元电调偏振电极，其中m和n都是大于或等于1的整数；
每个单元电调偏振电极包括4个相对于X轴方向和Y轴方向对称排列的光栅，每个光栅的两端均设置有一个引脚；
其中一个光栅是相对于X轴方向呈+45度，与该光栅相邻的两个光栅分别是相对于X轴方向呈90度和0度，与该光栅呈对角线方向的另一个光栅是相对于X轴方向呈-45度。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110058440A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-26 | 南京奥谱依电子科技有限公司 | 用于精密调焦与摆焦的液晶微镜、制备方法和光学显微镜 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050206811A1 (en) * | 2004-01-23 | 2005-09-22 | Lee Richard C | Novel optical configurations in high contrast chiral nematic liquid crystal displays |
| US20060038929A1 (en) * | 2004-08-18 | 2006-02-23 | Chenhui Wang | Tunable spectral imaging filter configured for UV spectral ranges |
| CN204129392U (zh) * | 2014-10-24 | 2015-01-28 | 华中科技大学 | 一种液晶基红外波束偏振控制芯片 |
| CN107677370A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法 |
| CN108225560A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-06-29 | 福建师范大学 | 一种带宽可调声光滤波系统 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050206811A1 (en) * | 2004-01-23 | 2005-09-22 | Lee Richard C | Novel optical configurations in high contrast chiral nematic liquid crystal displays |
| US20060038929A1 (en) * | 2004-08-18 | 2006-02-23 | Chenhui Wang | Tunable spectral imaging filter configured for UV spectral ranges |
| CN204129392U (zh) * | 2014-10-24 | 2015-01-28 | 华中科技大学 | 一种液晶基红外波束偏振控制芯片 |
| CN107677370A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-02-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种通道型偏振光谱成像仪的偏振辐射标定系统以及方法 |
| CN108225560A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-06-29 | 福建师范大学 | 一种带宽可调声光滤波系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110058440A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-26 | 南京奥谱依电子科技有限公司 | 用于精密调焦与摆焦的液晶微镜、制备方法和光学显微镜 |
| CN110058440B (zh) * | 2019-04-23 | 2022-03-01 | 南京奥谱依电子科技有限公司 | 用于精密调焦与摆焦的液晶微镜、制备方法和光学显微镜 |
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