CN109445146A - 一种电控液晶平面衍射微镜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控液晶平面衍射微镜，包括从上至下依次平行设置的第一基片、第一图案电极引线层、第一绝缘层、第一图案电极、第一液晶定向层、液晶层、第二液晶定向层、第二图案电极、第二绝缘层、第二图案电极引线层、以及第二基片，第一图案电极和第二图案电极中的每一个都包括多个同心设置的电驱控电驱控环线电极，每个电驱控电驱控环线电极具有同样的形状，且均为非封闭环形，第一图案电极引线层上设置有多个通孔，其数量与第一图案电极中所有电驱控环线电极的总端子数量相同。本发明能够解决现有衍射微镜存在一定的透射光损的技术问题，以及由于是基于频率信号驱控从而会对液晶材料的热物性产生不利影响的技术问题。

Description

一种电控液晶平面衍射微镜及其制备方法

技术领域

本发明属于光学透镜技术领域，更具体地，涉及一种电控液晶平面衍射微镜及其制备方法。

背景技术

如今，衍射微镜已经得到了日益广泛的应用，其中液晶衍射微镜作为一种新型的衍射控光元器件，通常是由多个基本形貌、特征结构与尺寸相同或相近的衍射相位单元组合而成，典型的衍射相位单元包括片状微纳电极和液晶夹层。液晶衍射微镜的控制电极呈现图案化特征，一个基本图案片段与衍射相位单元的一个片状微纳电极对应。

通常，需要在液晶衍射微镜的控制电极上制作液晶膜的边界锚定模，该过程包括：在基片上制作高导电、高透光膜电极，例如典型的氧化铟锡(Indium tin oxide，简称ITO)膜电极，进而在该膜电极表面制作厚度在亚微米尺度的高透光材料膜，例如高透光聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)膜，然后对其进行摩擦、涂刷或光刻，从而制成取向大体一致的高分布密度断续线状沟槽，该断续线状沟槽的典型宽度在亚微米尺度，深度在几十至百纳米程度。

然而，现有的液晶衍射微镜具有一些不可忽略的技术缺陷：第一、任何高导电、高透光膜电极仍存在一定的不透光性，从而会导致存在一定的透射光损；例如，对典型的ITO膜电极而言，其可见光透过率约在80％，故存在约20％的本征透射光损；第二、高透光材料膜也会伴随波长呈现或高或低的不透光性，从而也会导致一定的透射光损；第三、现有液晶衍射微镜均是基于频率信号驱控，在金属电极与液晶膜之间的界面上会产生较大的焦耳热损，从而会对液晶材料的热物性产生不利影响；第四、微纳米结构尺度的断续线状沟槽将对红外入射光产生较强衍射串扰，表现为模衍射散光和谱红外波束空间分离，成为较强杂散光、光噪声或器件色差的一个重要来源，这会显著降低红外波束的整形、变换或控制效能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电控液晶平面衍射微镜及其制备方法，其目的在于，解决现有液晶衍射微镜存在透射光损的技术问题，以及由于是基于频率信号驱控从而会对液晶材料的热物性产生不利影响的技术问题，以及断续线状沟槽会显著降低红外波束的整形、变换或控制效能的技术问题，并具有波束调控效能高、波谱作用范围宽、光场适应性好、易与其它光学光电机械结构耦合的优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电控液晶平面衍射微镜，包括从上至下依次平行设置的第一基片、第一图案电极引线层、第一绝缘层、第一图案电极、第一液晶定向层、液晶层、第二液晶定向层、第二图案电极、第二绝缘层、第二图案电极引线层、以及第二基片，第一图案电极和第二图案电极中的每一个都包括多个同心设置的电驱控电驱控环线电极，每个电驱控电驱控环线电极具有同样的形状，且均为非封闭环形；第一图案电极引线层上设置有多个通孔，其数量与第一图案电极中所有电驱控环线电极的总端子数量相同，一个通孔与第一图案电极的一个环形电驱控环线电极中的一个端子垂直对应，每个通孔中都填充有导电材料，并穿过第一绝缘层贯穿至其对应的第一图案电极中环形电驱控环线电极的端子，从而形成第一图案电极引线层和第一图案电极之间的电连接，第一图案电极引线层上靠近圆周的边缘处设置有多个管脚，与第一图案电极引线层中从外到内第n层环形电驱控环线电极的两个端子垂直对应的两个通孔分别与两个管脚电连接，这两个管脚彼此电连接后，再与外部控制信号Un的一个输入端口电连接，其中n∈[1，m]，m表示第一图案电极中电驱控环线电极的总数，第二图案电极引线层上设置有多个通孔，一个通孔与第二图案电极的一个环形电驱控环线电极中的一个端子垂直对应，每个通孔中都填充有导电材料，并穿过第二绝缘层贯穿至其对应的第二图案电极中环形电驱控环线电极的端子，从而形成第二图案电极引线层和第二图案电极之间的电连接，第二图案电极引线层上靠近圆周的边缘处设置有多个管脚，与第二图案电极引线层中从外到内第n层环形电驱控环线电极的两个端子垂直对应的两个通孔分别与两个管脚电连接，这两个管脚彼此电连接后，再与外部控制信号Un的另一个输入端口电连接。

优选地，该电控液晶平面衍射微镜还包括第一增透膜和第二增透膜，第一增透膜设置于第一基片的上部，第二增透膜设置于第二基片的下部。

优选地，第一增透膜和第二增透膜均是由常规光学增透膜制成，二者厚度相同，均为100纳米到700纳米，第一基片和第二基片均是由透光材料制成，其厚度均为1毫米到5毫米。

优选地，第一图案电极的每个电驱控电驱控环线电极、液晶层、以及与该电驱控电驱控环线电极对应的、第二图案电极的电驱控电驱控环线电极一起构成液晶调相环，所有的液晶调相环均为同心排列。

优选地，第一图案电极引线层上管脚的总数与第一图案电极中所有电驱控环线电极的总端子数量相同，第二图案电极引线层上管脚的总数与第二图案电极中所有电驱控环线电极的总端子数量相同，电驱控环线电极在靠近其缺口的部分具有多个回转部，用于避免电流效应的产生。

优选地，回转部是电驱控环线电极在顺时针或逆时针绕制成非封闭环线形的过程中，但凡靠近缺口，则反向绕制，再靠近缺口时，则继续反向，重复执行，从而在该电驱控环线电极上形成。

优选地，对于同一个电驱控环线电极中而言，其不同环线之间的线间距、以及不同环线的线宽是相同的，对于不同电驱控环线电极而言，其环线之间的线间距和线宽可以是相同的，或者是从外到内逐渐减小。

优选地，液晶层设置于第一液晶定向层和第二液晶定向层之间，其厚度为5微米到500微米，第一液晶定向层和第二液晶定向层均由聚酰亚胺制成，且厚度在100纳米到700纳米之间。

优选地，整个电控液晶平面衍射微镜是封装在圆筒形壳体内，该圆筒形壳体的顶部和底部别设置有第一光窗和第二光窗，圆筒形壳体的侧方设置有电子学接口，用于从电控液晶平面衍射微镜中的各个管脚上引出电线并连接到外部控制信号U，圆筒形壳体顶部或底部的圆周上设置有标识符，用于让使用者知道第一图案电极所在的位置，以避免损坏或破坏该第一图案电极。

按照本发明的另一方面，提供了一种用于制备上述电控液晶平面衍射微镜的方法，包括基片制作过程以及电极板耦合与封装过程，其中基片制作过程包括以下步骤：

(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；

(2)在干燥后的第一基片和第二基片未涂覆有金属氧化物膜(如ITO膜)的端面上，分别制作1至10微米厚度的增透膜并经清洁处理，涂刷一层厚度在10微米至100微米的抗腐蚀膜，再用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；

(3)用匀胶机在经清洁处理后的第一基片和第二基片上与制作有增透膜的端面相对的另一侧端面上涂覆正性或负性光刻胶并烘干5至20分钟；

(4)将光刻版紧密覆盖在第一基片和第二基片涂敷有光刻胶的端面上，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并进行清洁处理；

(5)用显影液腐蚀掉第一基片和第二基片上感光或未感光部分的光刻胶，留下未感光或感光部分，并用去离子水冲洗并烘干2至5分钟；

(6)用浓度在50％～30％的HCL溶液把第一基片和第二基片上未受光刻胶保护的金属氧化物膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属氧化物膜保存下来，分别在第一基片和第二基片上形成由多个金属氧化物电驱控环线电极形成的图案电极，并进行清洁处理；

(7)在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有图案电极的端面上，用常规镀膜方法制作1至10微米厚度的绝缘层，并进行清洁处理；

(8)在清洁处理后的第一基片和第二基片上制作有图案电极的端面上，用常规蚀刻工艺在各微矩形上制作孔径在1至10微米并穿透绝缘层的通孔，然后在各通孔中灌注导电材料，并进行清洁处理；

(9)在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有绝缘层的端面上，用常规方法制作厚度为1至10微米的金属氧化物膜，该膜通过微通孔中所灌注的导电材料与图案电极形成良好电连接，并进行清洁处理；

(10)在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有绝缘层的端面上，用常规方法制作石墨烯膜，使该石墨烯膜通过微通孔中所灌注的导电材料与图案电极形成良好电连接，并进行清洁处理；

(11在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有石墨烯膜的端面上，用匀胶机涂覆正性/负性光刻胶，并烘干5至20分钟；

(12)将特定光刻版紧密覆盖在第一基片和第二基片涂敷有光刻胶的端面上，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并进行清洁处理；

(13)用浓度在50％～30％的HCL溶液把第一基片和第二基片上未受光刻胶保护的金属氧化物膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属氧化物膜保存下来，分别形成第一基片和第二基片上由金属氧化物膜形成的环形簇第一图案电极和第二图案电极，并进行清洁处理；

(14)用常规干法蚀刻工艺把第一基片和第二基片上未受光刻胶保护的石墨烯膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的石墨烯膜保存下来，分别在第一基片和第二基片上形成由多个石墨烯电驱控环线电极形成的图案电极，并进行清洁处理；

(15)用匀胶机在第一基片和第二基片上形成的图案电极上涂覆液晶定向层，并进行清洁处理；

(16)把涂覆了液晶定向层的第一基片和第二基片放入退火炉中进行退火固化处理；

(17)用绒布沿平行于第一基片和第二基片的同向边缘的方向摩擦液晶定向层，以形成第一液晶定向层和第二液晶定向层。

基片耦合与封装过程包括以下步骤：

(1)采用常规腐蚀工艺，将第一基片和第二基片上所涂刷的抗腐蚀膜去除，制成第一电极板和第二电极板，再用酒精和去离子水溶剂进行超声清洗并烘干；

(2)将第一电极板在第一图案电极一侧与第二电极板在第二图案电极一侧对准并保持各图案电极的中心线重合；

(3)将玻璃间隔子掺入第一电极板的第一液晶定向层与第二电极板的第二液晶定向层间，且位于二者的边缘处，用UV胶封住上第一电极板和第二电极板的左右两侧，通过渗透法在二者之间灌注向列型液晶；

(4)将玻璃间隔子掺入第一电极板与第二电极板间且位于二者的边缘处，用UV胶封住上第一电极板和第二电极板的左右两侧，通过渗透法在二者之间灌注向列型液晶；

(5)用UV胶封住第一电极板和第二电极板的上下两侧并烘干。

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、由于本发明的液晶材料是由配置的多个电驱控环线电极驱控，从而能够实现更高的入射光波利用率，解决现有液晶衍射微镜存在透射光损的技术问题。

2、由于本发明采用可精密电驱控的液晶调相环，其具有极高的结构、电学以及电光参数的稳定性，使得本发明具有控制精度高的优点，并能够克服现有液晶衍射微镜由于采用频率信号驱控，从而会对液晶材料的热物性产生不利影响的技术问题。

3、本发明通过对同心设置的液晶调相环执行独立加电操作，完成各个液晶调相环的出射波相位的电选和电调。

4、本发明通过电控集成化的同心液晶调相环，可实现基于环形相位匹配构建与调变透射光场，其能够显著提升红外波束的整形、变换或控制效能。

5、通过将相邻液晶调相环的出射波前调变到相应振动矢量态，本发明能够实现高的控光效能。

6、由于本发明各液晶调相环的加电操作能在先验知识或波束调控情况的约束、干预或引导下进行，因此使得本发明具有良好的智能化特性。

7、本发明的微镜主体为封装在芯片外壳内的液晶调相环，在光路中接插方便，易与常规可见光或红外光学、光电和机械结构等匹配耦合。

附图说明

图1是本发明电控液晶平面衍射微镜的结构示意图；

图2是本发明电控液晶平面衍射微镜中图案电极引线层的示意图；

图3是本发明电控液晶平面衍射微镜中图案电极的示意图。

图4是本发明电控液晶平面衍射微镜的封装结构示意图。

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-第一增透膜；2-第一基片；3-第一图案电极引线层；4-第一绝缘层；5-第一图案电极；6-第一液晶定向层；7-液晶层；8-第二液晶定向层；9-第二图案电极；10-第二绝缘层；11-第二图案电极引线层；12-第二基片；13-第二增透膜；14-标识符；15-电子学接口；16-第一光窗；17-第二光窗；51-回转部。

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所示，本发明电控液晶平面衍射微镜包括从上至下依次平行设置的第一增透膜1、第一基片2、第一图案电极引线层3、第一绝缘层4、第一图案电极5、第一液晶定向层6、液晶层7、第二液晶定向层8、第二图案电极9、第二绝缘层10、第二图案电极引线层11、第二基片12、以及第二增透膜13。

第一增透膜1和第二增透膜13均是由常规光学增透膜制成，二者厚度相同，均为100纳米到700纳米。

第一基片2和第二基片12均是由透光材料(诸如石英、玻璃等)制成，其厚度均为1毫米到5毫米。

如图3所示，第一图案电极5和第二图案电极9中的每一个都包括多个同心(即彼此平行)设置的电驱控电驱控环线电极，每个电驱控电驱控环线电极具有同样的形状，且均为非封闭环形。在图3中，电驱控电驱控环线电极是非封闭圆环形，应该理解的是本发明绝不局限于此，其他的非封闭环线形，诸如非封闭椭圆环线形、非封闭正方环线形、非封闭矩形环线形、非封闭三角环线形、非封闭五角星环线形等，也均落入本发明的保护范围内。

第一图案电极5和第二图案电极9具有完全相同的结构，第一图案电极5的每个电驱控电驱控环线电极、液晶层7、以及与该电驱控电驱控环线电极对应的、第二图案电极9的电驱控电驱控环线电极一起构成一个液晶调相环，所有的液晶调相环均为同心排列。

电驱控电驱控环线电极具有两个端子(例如，图3中最外面的一个电驱控环线电极具有两个端子A1和B1)，该电驱控环线电极在靠近其缺口的部分具有多个回转部51，用于避免电流效应的产生。该回转部51是电驱控环线电极在顺时针或逆时针绕制成非封闭环线形的过程中，但凡靠近缺口，则反向(即逆时针或顺时针)绕制，再靠近缺口时，则继续反向(即顺时针或逆时针)，重复执行，从而在该电驱控环线电极上形成了多个回转部。

对于同一个电驱控环线电极中而言，其不同环线之间的线间距、以及不同环线的线宽是相同的；对于不同电驱控环线电极而言，其环线之间的线间距和线宽可以是相同的，也可以是从外到内逐渐减小。

应该注意的是，电驱控环线电极的数量是由对光相位的控制能力要求决定的，如果要求光相位的控制能力越强，则电驱控环线电极的数量越多，反之，则电驱控环线电极的数量越少。

在本发明中，电驱控环线电极中环线的线宽在1微米到20微米之间，环线之间的间距是1微米到20微米之间。

第一图案电极引线层3和第二图案电极引线层11具有完全相同的结构，且均为圆形。

如图2所示，第一图案电极引线层3上设置有多个通孔(如a1和b1)，其数量与第一图案电极5中所有电驱控环线电极的总端子数量相同，一个通孔与第一图案电极5的一个环形电驱控环线电极中的一个端子垂直对应(例如通孔a1和第一图案电极5最外侧的环形电驱控环线电极的端子A1垂直对应，通孔b1和第一图案电极5最外侧的环形电驱控环线电极的另一个端子B1垂直对应)，每个通孔中都填充有导电材料(如金属铟等)，并穿过第一绝缘层4贯穿至其对应的第一图案电极5中环形电驱控环线电极的端子，从而形成第一图案电极引线层3和第一图案电极5之间的电连接。

第一图案电极引线层3上靠近圆周的边缘处设置有多个管脚(在图中示出两个管脚C1和D1)，管脚的总数与第一图案电极5中所有电驱控环线电极的总端子数量相同，与第一图案电极引线层3中从外到内第n层(其中n∈[1，m]，m表示第一图案电极5中电驱控环线电极的总数)环形电驱控环线电极的两个端子垂直对应的两个通孔分别与两个管脚电连接，这两个管脚彼此电连接后，再与外部控制信号Un的一个输入端口电连接(在图1和图2中，C1管脚和D1管脚电连接，且与外部控制信号Un的一个输入端口相连)，外部控制信号U1、U2、…、Um的大小可以相同，也可以不相同。

第二图案电极引线层11上设置有多个通孔，其数量与第二图案电极9中所有电驱控环线电极的总端子数量相同，一个通孔与第二图案电极9的一个环形电驱控环线电极中的一个端子垂直对应，每个通孔中都填充有导电材料(如金属铟等)，并穿过第二绝缘层10贯穿至其对应的第二图案电极9中环形电驱控环线电极的端子，从而形成第二图案电极引线层11和第二图案电极9之间的电连接。

第二图案电极引线层11上靠近圆周的边缘处设置有多个管脚，管脚的总数与第二图案电极9中所有电驱控环线电极的总端子数量相同，与第二图案电极引线层11中从外到内第n层环形电驱控环线电极的两个端子垂直对应的两个通孔分别与两个管脚电连接，这两个管脚彼此电连接后，再与外部控制信号Un的另一个输入端口电连接。

液晶层7设置于第一液晶定向层6和第二液晶定向层8之间，其厚度为5微米到500微米。

第一液晶定向层6和第二液晶定向层8均由聚酰亚胺等类材料制成，且厚度在100纳米到700纳米之间。

如图4所示，其示出了本发明电控液晶平面衍射微镜的封装结构图，整个电控液晶平面衍射微镜是封装在圆筒形壳体内，该圆筒形壳体的顶部和底部别设置有第一光窗16和第二光窗17，圆筒形壳体的侧方设置有电子学接口15，用于从电控液晶平面衍射微镜中的各个管脚上引出电线并连接到外部控制信号U，圆筒形壳体顶部/底部的圆周上设置有标识符14，目的是为了在使用时，让使用者知道第一图案电极所在的位置，以避免损坏或破坏该第一图案电极。

光窗是由适应不同波段的高透光玻璃制成，如果本发明是用在红外/可见光中，则该光窗使用红外/可见光玻璃。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于制备上述电控液晶平面衍射微镜的方法，其包括基片制作以及电极板耦合与封装两个过程。

基片制作过程主要包括以下步骤：

(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；

(2)在干燥后的第一基片和第二基片未涂覆有金属氧化物膜(如ITO膜)的端面上，使用常规镀膜方法分别制作1至10微米厚度的增透膜并经清洁处理，然后涂刷一层厚度在10微米至100微米的抗腐蚀膜，再用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；

(3)用匀胶机在经清洁处理后的第一基片和第二基片上与制作有增透膜的端面相对的另一侧端面上涂覆正性光刻胶(或负性光刻胶)并烘干5至20分钟；

(4)将光刻版紧密覆盖在第一基片和第二基片涂敷有光刻胶的端面上，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并进行清洁处理；

(5)用显影液腐蚀掉第一基片和第二基片上感光部分(或未感光部分)的光刻胶，留下未感光部分(或感光部分)，并用去离子水冲洗并烘干2至5分钟；

(6)用浓度在50％～30％的HCL溶液把第一基片和第二基片上未受光刻胶保护的金属氧化物膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属氧化物膜保存下来，分别在第一基片和第二基片上形成由多个金属氧化物电驱控环线电极形成的图案电极，并进行清洁处理；

(7)在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有图案电极的端面上，用常规镀膜方法制作1至10微米厚度的绝缘层，并进行清洁处理；

(8)在清洁处理后的第一基片和第二基片上制作有图案电极的端面上，用常规蚀刻工艺在各微矩形上制作孔径在1至10微米并穿透绝缘层的通孔，然后在各通孔中灌注导电材料(如金属铟等)，并进行清洁处理；

(9)在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有绝缘层的端面上，用常规方法制作厚度为1至10微米的金属氧化物膜，该膜通过微通孔中所灌注的导电材料与图案电极形成良好电连接，并进行清洁处理；

(10)在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有绝缘层的端面上，用常规方法制作石墨烯膜，使该石墨烯膜通过微通孔中所灌注的导电材料与图案电极形成良好电连接，并进行清洁处理；

(11在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有石墨烯膜的端面上，用匀胶机涂覆正性(或负性)光刻胶，并烘干5至20分钟；

(12)将特定光刻版紧密覆盖在第一基片和第二基片涂敷有光刻胶的端面上，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并进行清洁处理；

(13)用浓度在50％～30％的HCL溶液把第一基片和第二基片上未受光刻胶保护的金属氧化物膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属氧化物膜保存下来，分别形成第一基片和第二基片上由金属氧化物膜形成的环形簇第一图案电极和第二图案电极，并进行清洁处理；

(14)用常规干法蚀刻工艺把第一基片和第二基片上未受光刻胶保护的石墨烯膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的石墨烯膜保存下来，分别在第一基片和第二基片上形成由多个石墨烯电驱控环线电极形成的图案电极，并进行清洁处理；

(15)用匀胶机在第一基片和第二基片上形成的图案电极上涂覆液晶定向层，并进行清洁处理；

(16)把涂覆了液晶定向层的第一基片和第二基片放入退火炉中进行退火固化处理；

(17)用绒布沿平行于第一基片和第二基片的同向边缘的方向摩擦液晶定向层，以形成第一液晶定向层和第二液晶定向层。

基片耦合与封装过程主要包括以下步骤：

(1)采用常规腐蚀工艺，将第一基片和第二基片上所涂刷的抗腐蚀膜去除，制成第一电极板和第二电极板，再用酒精和去离子水溶剂进行超声清洗并烘干；

(2)将第一电极板在第一图案电极一侧与第二电极板在第二图案电极一侧对准并保持各图案电极的中心线重合；

(3)将玻璃间隔子掺入第一电极板的第一液晶定向层与第二电极板的第二液晶定向层间，且位于二者的边缘处，用UV胶封住上第一电极板和第二电极板的左右两侧，通过渗透法在二者之间灌注向列型液晶；

(4)将玻璃间隔子掺入第一电极板与第二电极板间且位于二者的边缘处，用UV胶封住上第一电极板和第二电极板的左右两侧，通过渗透法在二者之间灌注向列型液晶；

(5)用UV胶封住第一电极板和第二电极板的上下两侧并烘干。

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 (10)

1.一种电控液晶平面衍射微镜，包括从上至下依次平行设置的第一基片、第一图案电极引线层、第一绝缘层、第一图案电极、第一液晶定向层、液晶层、第二液晶定向层、第二图案电极、第二绝缘层、第二图案电极引线层、以及第二基片，其特征在于，

第一图案电极和第二图案电极中的每一个都包括多个同心设置的电驱控电驱控环线电极，每个电驱控电驱控环线电极具有同样的形状，且均为非封闭环形；

第一图案电极引线层上设置有多个通孔，一个通孔与第一图案电极的一个环形电驱控环线电极中的一个端子垂直对应，每个通孔中都填充有导电材料，并穿过第一绝缘层贯穿至其对应的第一图案电极中环形电驱控环线电极的端子，从而形成第一图案电极引线层和第一图案电极之间的电连接；

第一图案电极引线层上靠近圆周的边缘处设置有多个管脚，与第一图案电极引线层中从外到内第n层环形电驱控环线电极的两个端子垂直对应的两个通孔分别与两个管脚电连接，这两个管脚彼此电连接后，再与外部控制信号Un的一个输入端口电连接，其中n∈[1，m]，m表示第一图案电极中电驱控环线电极的总数；

第二图案电极引线层上设置有多个通孔，一个通孔与第二图案电极的一个环形电驱控环线电极中的一个端子垂直对应，每个通孔中都填充有导电材料，并穿过第二绝缘层贯穿至其对应的第二图案电极中环形电驱控环线电极的端子，从而形成第二图案电极引线层和第二图案电极之间的电连接；

第二图案电极引线层上靠近圆周的边缘处设置有多个管脚，与第二图案电极引线层中从外到内第n层环形电驱控环线电极的两个端子垂直对应的两个通孔分别与两个管脚电连接，这两个管脚彼此电连接后，再与外部控制信号Un的另一个输入端口电连接。

2.根据权利要求1所述的电控液晶平面衍射微镜，其特征在于，还包括第一增透膜和第二增透膜，第一增透膜设置于第一基片的上部，第二增透膜设置于第二基片的下部。

3.根据权利要求2所述的电控液晶平面衍射微镜，其特征在于，

第一增透膜和第二增透膜均是由常规光学增透膜制成，二者厚度相同，均为100纳米到700纳米；

第一基片和第二基片均是由透光材料制成，其厚度均为1毫米到5毫米。

4.根据权利要求1所述的电控液晶平面衍射微镜，其特征在于，第一图案电极的每个电驱控电驱控环线电极、液晶层、以及与该电驱控电驱控环线电极对应的、第二图案电极的电驱控电驱控环线电极一起构成液晶调相环，所有的液晶调相环均为同心排列。

5.根据权利要求1所述的电控液晶平面衍射微镜，其特征在于，

第一图案电极引线层上管脚的总数与第一图案电极中所有电驱控环线电极的总端子数量相同；

第二图案电极引线层上管脚的总数与第二图案电极中所有电驱控环线电极的总端子数量相同；

电驱控环线电极在靠近其缺口的部分具有多个回转部，用于避免电流效应的产生。

6.根据权利要求1所述的电控液晶平面衍射微镜，其特征在于，回转部是电驱控环线电极在顺时针或逆时针绕制成非封闭环线形的过程中，但凡靠近缺口，则反向绕制，再靠近缺口时，则继续反向，重复执行，从而在该电驱控环线电极上形成。

7.根据权利要求1所述的电控液晶平面衍射微镜，其特征在于，

对于同一个电驱控环线电极中而言，其不同环线之间的线间距、以及不同环线的线宽是相同的；

对于不同电驱控环线电极而言，其环线之间的线间距和线宽可以是相同的，或者是从外到内逐渐减小。

8.根据权利要求1所述的电控液晶平面衍射微镜，其特征在于，

液晶层设置于第一液晶定向层和第二液晶定向层之间，其厚度为5微米到500微米；

第一液晶定向层和第二液晶定向层均由聚酰亚胺制成，且厚度在100纳米到700纳米之间。

9.根据权利要求1所述的电控液晶平面衍射微镜，其特征在于，

整个电控液晶平面衍射微镜是封装在圆筒形壳体内；

该圆筒形壳体的顶部和底部别设置有第一光窗和第二光窗；

圆筒形壳体的侧方设置有电子学接口，用于从电控液晶平面衍射微镜中的各个管脚上引出电线并连接到外部控制信号U；

圆筒形壳体顶部或底部的圆周上设置有标识符，用于让使用者知道第一图案电极所在的位置，以避免损坏或破坏该第一图案电极。

10.一种用于制备根据权利要求1至9中任意一项所述电控液晶平面衍射微镜的方法，其特征在于，包括基片制作过程以及电极板耦合与封装过程，其中基片制作过程包括以下步骤：

(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；

(2)在干燥后的第一基片和第二基片未涂覆有金属氧化物膜(如ITO膜)的端面上，分别制作1至10微米厚度的增透膜并经清洁处理，涂刷一层厚度在10微米至100微米的抗腐蚀膜，再用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；

(3)用匀胶机在经清洁处理后的第一基片和第二基片上与制作有增透膜的端面相对的另一侧端面上涂覆正性或负性光刻胶并烘干5至20分钟；

(4)将光刻版紧密覆盖在第一基片和第二基片涂敷有光刻胶的端面上，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并进行清洁处理；

(5)用显影液腐蚀掉第一基片和第二基片上感光或未感光部分的光刻胶，留下未感光或感光部分，并用去离子水冲洗并烘干2至5分钟；

(6)用浓度在50％～30％的HCL溶液把第一基片和第二基片上未受光刻胶保护的金属氧化物膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属氧化物膜保存下来，分别在第一基片和第二基片上形成由多个金属氧化物电驱控环线电极形成的图案电极，并进行清洁处理；

(7)在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有图案电极的端面上，用常规镀膜方法制作1至10微米厚度的绝缘层，并进行清洁处理；

(8)在清洁处理后的第一基片和第二基片上制作有图案电极的端面上，用常规蚀刻工艺在各微矩形上制作孔径在1至10微米并穿透绝缘层的通孔，然后在各通孔中灌注导电材料，并进行清洁处理；

(9)在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有绝缘层的端面上，用常规方法制作厚度为1至10微米的金属氧化物膜，该膜通过微通孔中所灌注的导电材料与图案电极形成良好电连接，并进行清洁处理；

(10)在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有绝缘层的端面上，用常规方法制作石墨烯膜，使该石墨烯膜通过微通孔中所灌注的导电材料与图案电极形成良好电连接，并进行清洁处理；

(11在清洁处理后的第一基片和第二基片制作有石墨烯膜的端面上，用匀胶机涂覆正性/负性光刻胶，并烘干5至20分钟；

(12)将特定光刻版紧密覆盖在第一基片和第二基片涂敷有光刻胶的端面上，用光刻机的紫外光进行光刻10至30秒，并进行清洁处理；

(13)用浓度在50％～30％的HCL溶液把第一基片和第二基片上未受光刻胶保护的金属氧化物膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的金属氧化物膜保存下来，分别形成第一基片和第二基片上由金属氧化物膜形成的环形簇第一图案电极和第二图案电极，并进行清洁处理；

(14)用常规干法蚀刻工艺把第一基片和第二基片上未受光刻胶保护的石墨烯膜腐蚀掉，而将有光刻胶保护的石墨烯膜保存下来，分别在第一基片和第二基片上形成由多个石墨烯电驱控环线电极形成的图案电极，并进行清洁处理；

(15)用匀胶机在第一基片和第二基片上形成的图案电极上涂覆液晶定向层，并进行清洁处理；

(16)把涂覆了液晶定向层的第一基片和第二基片放入退火炉中进行退火固化处理；

(17)用绒布沿平行于第一基片和第二基片的同向边缘的方向摩擦液晶定向层，以形成第一液晶定向层和第二液晶定向层。

基片耦合与封装过程包括以下步骤：

(1)采用常规腐蚀工艺，将第一基片和第二基片上所涂刷的抗腐蚀膜去除，制成第一电极板和第二电极板，再用酒精和去离子水溶剂进行超声清洗并烘干；

(2)将第一电极板在第一图案电极一侧与第二电极板在第二图案电极一侧对准并保持各图案电极的中心线重合；

(3)将玻璃间隔子掺入第一电极板的第一液晶定向层与第二电极板的第二液晶定向层间，且位于二者的边缘处，用UV胶封住上第一电极板和第二电极板的左右两侧，通过渗透法在二者之间灌注向列型液晶；

(4)将玻璃间隔子掺入第一电极板与第二电极板间且位于二者的边缘处，用UV胶封住上第一电极板和第二电极板的左右两侧，通过渗透法在二者之间灌注向列型液晶；

(5)用UV胶封住第一电极板和第二电极板的上下两侧并烘干。