液晶基多模控光成像探测

本书总结了作者及其研究团队过去10余年，针对可见光和红外谱域的微纳控光成像探测，开展新的成像方法、微纳结构设计、液晶微光学光电结构工艺制作等方面的部分研究工作。针对提高复杂背景环境与目标的成像探测、识别和可视化能力，通过将电控液晶微纳光学结构与光敏阵列耦合，构造芯片级控光的智能化焦平面光电成像器件和小型化多模控光成像探测架构，主要涉及液晶基多模控光焦平面光电成像方法和关键技术方面的内容。通过与光敏阵列耦合的液晶微纳控光结构，测调成像压缩光场参量，包括：波前、波矢、偏振和能流，实现快速控光干预成像光场能流压缩形态构建与阵列化光电转换的成像探测效能增强与扩展。在解决关键问题诸如：光波参量和模态测调与成像探测效能间的递推性制约属性，液晶基多模控光参数体系构建，图案化电极激励、调变阵列化微纳空间电场的光波参量和模态协同，构建小型化液晶焦平面光电成像探测架构等基础上，达到下述目标：（一）获得液晶基多模控光焦平面光电成像方法和关键技术；（二）建立基于光波参量芯片级测调的焦平面光电成像器件与微纳控光结构的设计、工艺和参数体系；（三）为多模控光优选成像探测技术应用提供方法和技术支撑。

本书共十二章：章综述了焦平面成像探测技术的发展现状和趋势；第二章讨论了电控液晶微光学结构包括微透镜阵列的基本特征；第三章分析了液晶基波前成像探测的基本属性；第四章研究了基于波前成像的景深扩展基本问题；第五章主要开展了基于波前成像的物空间深度测量方法研究；第六章论述了液晶基光场成像探测的基本属性与特征；第七章主要进行了基于电调光场成像的运动参数测量方面的关键问题；第八章主要针对液晶基光场与平面一体化成像问题开展基础性研究；第九章主要涉及红外光场成像用石墨烯基电控液晶微透镜阵列的基本特性；第十章讨论了液晶基偏振成像探测的基本属性与特征；第十一章论述了基于扭曲向列相液晶的偏振光场成像属性基本问题；第十二章主要开展了石墨烯基电控液晶微透镜与偏振光场成像方面的基础方法研究。

张新宇（博士/教授/博导），1986年毕业于“长春光学精密机械学院”红外技术专业（工学学士）。同年分配至“中 国兵器工业第203研究所”从事制导技术研究。1992年考入“华中理工大学”凝聚态物理专业攻读硕士学位，1995年毕业 （理学硕士）。同年9月考入“华中理工大学”物理电子学与光电子学专业攻读博士学位，1999年毕业（工学博士）。 2000-2002年在“华中科技大学”外存储系统国家专业实验室作站博后，2002-2003年在荷兰“Delft University of Technology”作第二站博后。2004年进入“华中科技大学”工作，已指导毕业博硕士研究生近四十人。目前正负责多项预研课题研究，在研科研经费数百万元。

章绪论(1)1.1焦平面成像探测(1)1.2控制成像探测的光波参量(8)第2章电控液晶微透镜阵列(12)2.1引言(12)2.2液晶的基本物性(12)2.2.1液晶类型(12)2.2.2序参数(14)2.2.3介电各向异性(14)2.2.4液晶双折射(15)2.2.5黏滞系数(16)2.2.6弹性连续体理论(16)2.2.7边界效应(18)2.3功能化液晶的指向矢计算(19)2.3.1迭代方程组数值化(24)2.3.2边界条件(24)2.3.3程序流程图(25)2.3.4仿真架构(26)2.4电控液晶微光学结构(44)2.5电控液晶透镜与微透镜(50)2.5.1研究进展情况(50)2.5.2典型属性与特征(58)2.6小结(62)第3章液晶基波前成像探测(64)3.1引言(64)3.2局域子波前测量与目标波前还原(64)3.2.1SH波前测量法(65)3.2.2液晶基波前成像测量法(66)3.3用于波前测量的面阵电控液晶微透镜(67)3.4谱图像的分解与融合(70)3.5液晶基波前成像(82)3.6小结(84)第4章基于波前成像的景深扩展(85)4.1引言(85)4.2波前成像中的图像模糊问题(85)4.3液晶基波前成像景深特征(88)4.4基于电控液晶微透镜扩展波前成像景深(92)4.5小结(112)第5章基于波前成像的物空间深度测量(113)5.1引言(113)5.2波前成像物空间深度不敏感性(113)5.3基于液晶基波前成像的物空间深度测量(118)5.3.1液晶基波前光学成像探测系统测量物空间深度(118)5.3.2基于Sobel梯度算子评估图像清晰度(120)5.4物空间深度标定与评估(121)5.4.1物空间深度标定(121)5.4.2物空间深度测量评估(132)5.5小结(133)第6章液晶基光场成像探测(134)6.1引言(134)6.2常规三维成像(134)6.3光场成像(136)6.4用于光场成像的电控液晶微透镜阵列(143)6.4.1单元液晶微透镜(146)6.4.2加载不同信号均方根电压的液晶微透镜(148)6.4.3液晶厚度不同的微透镜(149)6.4.4关键性工艺步骤(151)6.5液晶基电控景深光场成像(153)6.5.1电控光场成像建模(154)6.5.2图像的光场表征(156)6.5.3电控光场成像的光学结构配置(159)6.5.4电控光场成像景深特征(164)6.6液晶基光场相机(166)6.7光场图像的加工处理与渲染(170)6.8小结(174)第7章基于电控光场成像的运动参数测量(175)7.1引言(175)7.2电控光场成像的三维投影模型(175)7.3虚物点深度估算与深度分辨率(181)7.4液晶基光场相机的标定特征(183)7.5运动参数测量与评估(187)7.5.1运动参数计算(187)7.5.2运动参数的实验测量(190)7.6小结(191)第8章液晶基光场与平面一体化成像(192)8.1引言(192)8.2双模一体化成像系统设计(192)8.3双模一体化相机(196)8.4高分辨率三维图像重建(201)8.4.1六种度量值计算方法(202)8.4.2清晰度评价函数(204)8.5液晶基光场相机原型(206)8.5.1近景成像用液晶基光场相机(206)8.5.2远景成像用液晶基光场相机(208)8.6毫秒/亚毫秒数量级的图像渲染耗时(214)8.7物空间的液晶基可寻址加电层析成像(215)8.8小结(219)第9章红外光场成像的石墨烯基电控液晶微透镜阵列(220)9.1引言(220)9.2石墨烯电极的转移制备(220)9.2.1机械剥离法(221)9.2.2外延生长法(221)9.2.3化学气相沉积法(221)9.2.4氧化还原法(222)9.3基于石墨烯电极的红外液晶微透镜阵列(224)9.4液晶的单晶石墨烯诱导定向(229)9.4.1单晶石墨烯诱导的液晶初始定向特征(229)9.4.2单晶石墨烯的液晶定向特征(235)9.4.3单晶石墨烯基电控液晶微透镜阵列(239)9.5小结(252)0章液晶基偏振成像探测(253)10.1引言(253)10.2偏振成像基本特征(253)10.2.1光学旋转器(255)10.2.2相位延迟器(255)10.3偏振光场成像(259)10.4偏振光场成像用电控液晶微透镜阵列(270)10.4.1基片与电极(271)10.4.2石墨烯转移(271)10.4.3涂布光刻胶与曝光(271)10.4.4蚀刻(271)10.4.5液晶器件化(271)10.4.6测试与评估(272)10.5层叠耦合正交偏振液晶微透镜(273)10.6偏振与偏振不敏感光场成像(284)10.7小结(288)1章基于扭曲向列相液晶的偏振光场成像(289)11.1引言(289)11.2扭曲向列相电控液晶微透镜(290)11.2.1扭曲向列相液晶微透镜的典型控光过程(290)11.2.2扭曲向列相液晶微透镜的典型工作模式(291)11.3偏振差分去雾成像(294)11.4偏振光场与平面成像一体化去雾(297)11.5小结(308)2章石墨烯基电控液晶微透镜与偏振光场成像(309)12.1引言(309)12.2单晶石墨烯制备与表征(310)12.2.1单晶Cu(111)晶膜制备(312)12.2.2单晶石墨烯制备(313)12.2.3单晶石墨烯表征(313)12.3液晶石墨烯定向(315)12.4石墨烯基电控液晶微透镜阵列(318)12.5偏振光场成像景深特征(322)12.6红外液晶微透镜(330)12.7小结(339)参考文献(340)