本发明属于液晶光学，涉及液晶光束偏转，尤其涉及一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置及制备方法。
背景技术：
1、随着激光技术中的激光雷达、空间光通信等研究领域的迅速发展，而激光控制技术是这些领域的核心技术，对光束扫描装置的体积、重量、功耗、响应速度、偏转精度等都有着极为苛刻的要求。现有的激光控制技术可以分为两类：一类是使用机械转动的光学部件的机械式方案，另一类是使用电光或声光调制器件的非机械式方案。目前，液晶光学相控阵是非机械式光束控制技术的主流方案，其核心原理和微波相控阵基本类似，与传统的机械扫描技术相比具有体积小、重量轻、高精度、随机角度偏转、可编程多光束控制、响应快、无机械转动等特点，这些特点使得液晶光学相控阵在相关应用中发挥了独特的技术优势。
2、由于液晶材料本身的限制，导致衍射效率、偏转角度、偏转精度、响应速度等性能不够理想，尤其是在现有的液晶相控阵类型器件中，液晶相控阵的偏转角度和衍射效率难以兼顾，导致液晶相控阵的使用受到限制，为了满足各方面的需求，提高这四大指标一直是研究液晶相控阵技术的重点和难点。
3、液晶光楔作为一种可电控调制的光束偏转器，利用高阻抗膜实现电压的线性分布结合液晶材料的线性电压相位工作区从而使结构呈现所需要的相位分布。根据申请号为202111518225.2的发明专利申请记载的技术方案，其所述的偏转角度为：θ＝arctan((σmax(vmax-v))/((vmax-vmin)l))，若需要获得更大的偏转角度，需要扩大液晶线性工作区间内产生的最大光程差σmax或者缩小液晶光楔的长度l，前者会使得液晶层厚度上升造成响应时间变成，后者会缩小光学区的口径大小，光学区的口径大小可以通过将单个单元阵列排布的方式抵消，但是通过对单个单元的重复排列的同时会引入多缝干涉效应，导致偏转角度和衍射效率的下降，并且若单元的重复排列越多，多缝干涉效应带来的影响越明显。本发明中提出的结构通过缩小液晶光楔长度并对单个单元进行阵列排布，在扩大了偏转角度的同时引入控制芯片实现对每个单元的独立控制，通过控制阵列之间的相位匹配，通过利用多缝干涉效应的影响，能够有效提高衍射效率并且保持偏转角度的精确指向。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：解决现有光束偏转器存在偏转角度小和衍射效率随偏转角度增大而下降的技术问题，提供一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置及制备方法，通过控制阵列之间的相位匹配、并利用多缝干涉效应的影响，能够有效提高衍射效率并且保持偏转角度的精确指向，偏转装置的偏转范围大、衍射效率高偏转精度高、衍射效率高、偏转范围大、驱动控制简单。
2、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
3、一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置，包括从上往下依次设置的上基板、上电极层、上液晶取向层、液晶层、下液晶取向层、下电极层以及下基板；
4、上电极层包括沿上电极层的纵向间隔分布的多个电极组，相邻两个电极组之间设有间隙，每个电极组均包括沿上电极层的横向设置的上透明高阻电极、位于上透明高阻电极两侧的上导电电极；
5、下电极层包括沿下电极层的横向间隔分布的多个电极组，相邻两个电极组之间设有间隙，每个电极组均包括沿上电极层的纵向设置的下透明高阻电极、位于下透明高阻电极两侧的下导电电极；
6、上导电电极的方向与下导电电极的方向垂直。
7、进一步地，上基板上的上导电电极通过如下方式制备得到：先在上基板上通过物理气相沉积或溅射的方法沉积导电薄膜，然后再通过光刻后湿法刻蚀或干法刻蚀的方法对导电薄膜进行刻蚀，得到上导电电极；
8、下基板上的下导电电极通过如下方式制备得到：先在下基板上通过物理气相沉积或溅射的方法沉积导电薄膜，然后再通过光刻后湿法刻蚀或干法刻蚀的方法对导电薄膜进行刻蚀，得到下导电电极。
9、进一步地，导电薄膜的材料为铝、钼、铟锡氧化物等具有优秀导电性能材料中的一种或多种的组合。
10、进一步地，上基板上的上透明高阻电极通过如下方式制备得到：先在上基板上沉积透明高阻薄膜，再进行刻蚀并得到上透明高阻电极，且刻蚀完后上透明高阻电极与上导电电极对齐；
11、下基板上的下透明高阻电极通过如下方式制备得到：先在下基板上沉积透明高阻薄膜，再进行刻蚀并得到下透明高阻电极，且刻蚀完后下透明高阻电极与下导电电极对齐。
12、进一步地，透明高阻薄膜的材质为掺铝氧化锌、掺钨氧化铟、3,4-乙烯二氧噻吩单体中的一种或多种满足在对应工作波段高透过率特性和不低于1mω的方阻膜层的组合。
13、进一步地，上液晶取向层与下液晶取向层的取向方向反向平行。
14、进一步地，液晶层包括位于外侧的框胶，框胶中掺入间隔子，并利用虹吸效应在框胶、上基板、下基板之间的区域内灌入液晶。
15、进一步地，上电极层中每个上导电电极的电压通过如下方式进行确定：
16、步骤s1，假设由上电极层的电压调制实现对光束在y方向上的偏转角度，液晶的线性电压相位范围中最大相位对应的电压，最小相位对应的电压，可计算上透明高阻电极宽度内实现的液晶相位变化量，并根据相位变化量计算每个电极组中两个电极之间的电压差异量；
17、
18、
19、其中，表示上透明高阻电极的宽度，表示工作波长，表示电压和相位的线性系数，、、、、和分别表示第一组第一上导电电极、第一组第二上导电电极、第二组第一上导电电极、第二组第二上导电电极的电压、第n组第一上导电电极、第n组第二上导电电极对应的液晶相位，、、、、和分别表示第一组第一上导电电极、第一组第二上导电电极、第二组第一上导电电极、第二组第二上导电电极的电压、第n组第一上导电电极、第n组第二上导电电极的电压；
20、步骤s2，计算每个电极组内第一上导电电极的相位；
21、若上透明高阻电极宽度内实现的相位变化量为负，则该上导电电极的相位表示为：
22、
23、若上透明高阻电极宽度内实现的相位变化量为正，则该第一上导电电极的相位表示为：
24、
25、其中，mod为求余函数，n表示第n个电极组；每个电极组第二上导电电极的相位则根据相位变化量进行计算求得；
26、
27、步骤s3，再根据电压和相位的线性系数，求得每个电极组的第一上导电电极和第二上导电电极的电压。
28、同理可假设由下电极层的电压调制实现对光束在x方向上的偏转角度，同样的步骤可计算下透明高阻电极宽度内实现的相位变化量，并根据相位变化量计算每个电极组中两个电极之间的电压差异量，得到每个电极组的第一下导电电极和第二下导电电极的电压。
29、一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置的制备方法，包括以下步骤：
30、步骤1，制备导电电极；
31、通过物理气相沉积或溅射的方法先在上基板上沉积导电薄膜，再通过光刻后湿法刻蚀或干法刻蚀对导电薄膜进行刻蚀，制得多个上导电电极；
32、通过物理气相沉积或溅射的方法先在下基板上沉积导电薄膜，再通过光刻后湿法刻蚀或干法刻蚀对导电薄膜进行刻蚀，制得多个下导电电极；
33、步骤2，制备高阻薄膜；
34、在上基板上沉积透明高阻薄膜，再对透明高阻薄膜进行刻蚀并得到多个上透明高阻电极，且刻蚀完后上透明高阻电极与上导电电极对齐；
35、在下基板上沉积透明高阻薄膜，再对透明高阻薄膜进行刻蚀并得到多个下透明高阻电极；
36、刻蚀完后，上透明高阻电极与上导电电极对齐、下透明高阻电极与下导电电极对齐，且每个上透明高阻电极的两侧均有一个上导电电极、每个下透明高阻电极的两侧均有一个下导电电极，一个上透明高阻电极与两个上导电电极组成一个电极组、一个下透明高阻电极与两个下导电电极组成一个电极组；上基板上间隔分布的多个电极组形成上电极层、下基板上间隔分布的多个电极组形成下电极层；
37、步骤3，制备液晶取向层；
38、在制备好电极的上基板上涂覆聚酰亚胺，并采用摩擦取向或者光取向的方式制得上液晶取向层；
39、在制备好电极的下基板上涂覆聚酰亚胺，并采用摩擦取向或者光取向的方式制得下液晶取向层；
40、将上基板上的上液晶取向层与下基板上的下液晶取向层的初始取向方向反向平行设置；
41、步骤4，制备液晶层；
42、利用框胶贴合上基板、下基板，并在框胶中掺入间隔子；然后再利用虹吸效应在框胶、上基板、下基板之间的区域内灌入液晶，形成液晶层；
43、贴合上基板、下基板时，上导电电极的方向与下导电电极的方向垂直。
44、本发明的有益效果如下：
45、本发明中，基板上的电极层包括间隔周期分布设置的多个电极组，并且每个电极组都包括位于两个导电电极以及位于电极中间的透明高阻电极，通过改变施加在导电电极的电压，利用透明高阻电极的高阻分压能力，在每个控制单元范围内，能够产生连续变化的电势，并在上下电极层之间形成电场分布使液晶分子偏转，当液晶分子处于其电压相位的线性工作段时，液晶层对入射光会附加一个锯齿周期型的相位调制，对入射光相位实现一个控制单元周期内的线性相位变化，能够有效的降低相位分布的平滑效应带来的不规则散斑影响，在能够实现对光的偏转角度的调制的同时，具有偏转精度高、衍射效率高、偏转范围大、驱动控制简单的优点，适用于光电跟踪、激光通讯等诸多领域。
1.一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置，包括从上往下依次设置的上基板（1）、上电极层、上液晶取向层（4）、液晶层、下液晶取向层（8）、下电极层以及下基板（11）；其特征在于：
2.如权利要求1所述的一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置，其特征在于：上基板（1）上的上导电电极（2）通过如下方式制备得到：先在上基板（1）上通过物理气相沉积或溅射的方法沉积导电薄膜，然后再通过光刻后湿法刻蚀或干法刻蚀的方法对导电薄膜进行刻蚀，得到上导电电极（2）；
3.如权利要求2所述的一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置，其特征在于：导电薄膜的材料为铝、钼、铟锡氧化物中的一种或多种的组合。
4.如权利要求1所述的一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置，其特征在于：上基板（1）上的上透明高阻电极（3）通过如下方式制备得到：先在上基板（1）上沉积透明高阻薄膜，再进行刻蚀并得到上透明高阻电极（3），且刻蚀完后上透明高阻电极（3）与上导电电极（2）对齐；
5.如权利要求4所述的一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置，其特征在于：透明高阻薄膜的材质为掺铝氧化锌、掺钨氧化铟、3,4-乙烯二氧噻吩单体中的一种或多种的组合。
6.如权利要求1所述的一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置，其特征在于：上液晶取向层（4）与下液晶取向层（8）的取向方向反向平行。
7.如权利要求1所述的一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置，其特征在于：液晶层包括位于外侧的框胶（7），框胶（7）中掺入间隔子（5），并利用虹吸效应在框胶（7）、上基板（1）、下基板（11）之间的区域内灌入液晶。
8.如权利要求1所述的一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置，其特征在于，上电极层中每个上导电电极（2）的电压通过如下方式进行确定：
9.一种基于多电极组合的液晶二维光束偏转装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
