一种透射式耐受高功率激光的空间光调制器装置的制作方法

本发明属于本发明涉及液晶光学相控技术、液晶光电子器件技术领域，特别涉及一种透射式耐受高功率激光的空间光调制器装置。

背景技术：

在诸多激光应用系统中，光束指向控制模块是一个非常重要的组成部分。光束指向控制方法包括：机械控制和非机械控制两种方式。空间光调制器技术是非机械光束控制方法的方案之一。该技术的核心思想和微波相控阵类似，其通过控制激光近场的波前分布，经过远场相干后，波束将重新赋形，从而实现自定义光束形状、光束指向、光束数目、光束能量的目的。

透射式空间光调制器一般是由光学玻璃基底、透明导电薄膜电极、取向膜和液晶材料组成。图2为透射式空间光调制器器件的结构图。下导电层8为透明导电的氧化铟锡薄膜(ito)，其光栅结构是通过光刻工艺制备的；上导电层5是com极，是控制信号的公共电极。ito薄膜具有较低的电阻率和较高的透过率，是目前综合性能最好的透明导电薄膜。但是ito薄膜在红外波段的吸收很强，在连续激光的作用下(200w/cm²)下ito就会发生不可逆的损伤，并且温升很大。聚酰亚胺(pi)是一种聚合物，在液晶器件上旋涂成膜，一般厚度在100nm左右，主要用作对液晶分子取向，当其温度上升到500度左右时，pi会发生分解失去取向效果。另外，当器件温度升高到液晶材料的相变温度(清亮点)时，液晶变为各向同性材料，无法进行相位控制。

目前对于高功率阈值的透射式空间光调制器器件的研究还甚少，既要保证散热效果，又要保证光束质量(散热湍流等)。对于高功率阈值的透射式器件的设计相对复杂。铜是散热结构中最理想的选择，但是铜材料不透光，无法用在透射式器件组件中，从侧面散热的难度也很大，侧面散热无法保证散热的均匀性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用液体外循环回路，在不会对入射光的相位产生影响的情况下，能够带走器件上的热，保证器件的热沉积不会急速上升，使得空间光调制器的激光耐受功率大大提高的透射式耐受高功率激光的空间光调制器装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种透射式耐受高功率激光的空间光调制器装置，依次包括透射式空间光调制器组件、散热微通道层和散热盖板层；

所述透射式空间光调制器组件依次包括第一石英基底、com极ito、第一pi取向薄膜、液晶层、第二pi取向薄膜、阵列ito电极和第二石英基底；所述液晶层周围通过间隔子封装在第一pi取向薄膜和第二pi取向薄膜之间；

所述散热微通道层包括第三石英基底和通过光刻刻蚀或激光刻蚀方式在第三石英基底一侧形成的微通道阵列；微通道阵列与透射式空间光调制器组件相贴合；

所述散热盖板层上设有入水口和出水口，入水口和出水口穿过散热盖板层与散热微通道层相接。

进一步地，所述散热微通道层和散热盖板层的尺寸大于透射式空间光调制器组件的尺寸，微通道阵列的尺寸与透射式空间光调制器组件相同，所述入水口和出水口分别设置在散热盖板层上超出透射式空间光调制器组件区域的两端。

进一步地，所述散热盖板层采用石英材料制成。

进一步地，所述入水口和出水口用于散热液体的流入和流出，散热液体从入水口流入，在微通道阵列中流动，带走透射式空间光调制器组件的热量，散热液体最后从出水口流出。

进一步地，所述散热液体的折射率与第三石英基底和散热盖板层的折射率匹配。

本发明的有益效果是：本发明高功率阈值空间光调制器装置在不改变原来透射式光学器件结构的前提下，在高透过率材料上设置散热微通道层和散热盖板层，通以折射率匹配液，使用液体外循环回路，在不会对入射光的相位产生影响的情况下，能够带走器件上的热，保证器件的热沉积不会急速上升致使空间光调制器失去光束偏转能力；将空间光调制器器件温升控制在可以接收的范围，使得空间光调制器的激光耐受功率大大提高。

附图说明

图1为本发明的透射式耐受高功率激光的空间光调制器装置的结构示意图；

图2为本发明的透射式空间光调制器组件结构示意图；

图3为本发明的透射式耐受高功率激光的空间光调制器装置的侧视图；

附图标记说明：

1-透射式空间光调制器组件，11-第一石英基底，12-com极ito，13-第一pi取向薄膜，14-液晶层，15-、第二pi取向薄膜，16-阵列ito电极，17-第二石英基底，18-间隔子；

2-散热微通道层，21-第三石英基底，22-微通道阵列；

3-散热盖板层，31-入水口，32-出水口。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种透射式耐受高功率激光的空间光调制器装置，依次包括透射式空间光调制器组件1、散热微通道层2和散热盖板层3；

如图2所示，透射式空间光调制器组件1依次包括第一石英基底11、com极ito12、第一pi取向薄膜13、液晶层14、第二pi取向薄膜15、阵列ito电极16和第二石英基底17；所述液晶层14周围通过间隔子18封装在第一pi取向薄膜13和第二pi取向薄膜15之间；

所述散热微通道层2包括第三石英基底21和通过光刻刻蚀或激光刻蚀方式在第三石英基底21一侧形成的微通道阵列22；微通道阵列22与透射式空间光调制器组件1相贴合；微通道阵列22可以随意设置在透射式空间光调制器组件1的第一石英基底11或第二石英基底17一侧，对本申请都可以达到同样的效果。一般选择贴在具有阵列ito电极16的一侧，因为一般这一侧的面积比较大，实际操作中可以根据具体期间的结构来设定。

所述散热盖板层3上设有入水口31和出水口32，入水口31和出水口32穿过散热盖板层3与散热微通道层2相接。

进一步地，所述散热微通道层2和散热盖板层3的尺寸大于透射式空间光调制器组件1的尺寸，微通道阵列22的尺寸与透射式空间光调制器组件1相同，所述入水口31和出水口32分别设置在散热盖板层3上超出透射式空间光调制器组件区域的两端，保证出水口32与入水口31远离光斑和相控阵的有效区域。入水口31和出水口32的大小可以相同也可以不同，具体可以根据散热液体的流量来设置。

进一步地，所述散热盖板层3采用石英材料制成。

进一步地，所述入水口31和出水口32用于散热液体的流入和流出，散热液体从入水口31流入，在微通道阵列22中流动，带走透射式空间光调制器组件的热量，散热液体最后从出水口32流出。

进一步地，所述散热液体的折射率与第三石英基底21和散热盖板层3的折射率匹配。散热液体使用流体外循环回路，不直接进入透射式空间光调制器组件内部，不会对入射光的相位产生影响。散热液体将散热液体器件上的热带出透射式耐受高功率激光的空间光调制器装置，散热液体可通过二级散热系统进行进一步散热。通过调整液体外循环流速和散热液体的温度，可以将空间光调制器器件的温升控制在可以接受的范围，空间光调制器的激光耐受功率大大提高，使得空间光调制器应用于较高入射激光功率场景成为可能，同时也能够延长器件使用寿命。

如图1和图3所示，本发明的透射式耐受高功率激光的空间光调制器装置可以不用改变原来透射式空间光调制器的结构，将散热微通道层2和散热盖板层3直接用到现有的液晶相控阵上，这样可以改善器件对于较高功率激光的耐受情况。对于空间光调制器器件来说，高功率激光入射情况下最主要的问题就是器件各个膜层材料对光的吸收，吸收的热使得器件温度升高，当器件温度升高到液晶材料的相变温度(清亮点)时，液晶变为各向同性材料，无法进行相位控制。为了能够耐受更高功率的激光，本发明的com极ito12和阵列ito电极16可以使用减薄的ito薄膜代替现有的透明导电层，可以有效减少其在红外波段的吸收。例如当所述ito薄膜厚度为15纳米时，可以有效减少其在红外波段的吸收，经傅里叶红外光谱仪测试，该薄膜在1064纳米波长处的吸收率为1％。厚度减薄的ito薄膜也可以提高器件整体的透过率，减少高功率激光的传播损耗。器件中石英基底可以选用其他不同导热系数的金属氧化物或其他在所需波段处透明的材料来代替。本发明考虑到散热效果和光束质量问题(湍流等)，使用散热组件的材料为石英，石英在1064纳米波段的透过率很高。且石英材料相对于一般的玻璃材料来说有相对较大的导热系数。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。