连续变焦的聚合物分散液晶电控透镜

介绍了一种基于聚合物分散液晶材料的连续调焦电控透镜.在聚合物分散液晶盒的上表面电极上刻蚀圆孔,形成一个非对称电极,在液晶盒上下极板之间,诱发一个非均匀电场,从而引起聚合物分散液晶材料的折射率非均匀分布,形成电控变焦透镜.阐述了聚合物分散液晶可调焦透镜的基本原理,分析了透镜孔径对聚合物分散液晶透镜焦距的影响,在直径3mm和6mm的圆孔条件下,分别测量了透镜焦距随电压的变化关系.结果表明:电压从50V加到170V的过程中,透镜焦距逐渐减短,刻蚀3mm圆孔的聚合物分散液晶盒焦距从1.361 63m到0.429 21m,刻蚀6mm圆孔的聚合物分散液晶盒焦距从1.769 92m到0.548 43m.     

圆孔液晶透镜的ZEMAX设计与优化

液晶透镜是自由3D显示的新器件,其原理是利用基于向列相液晶指向矢随外加电场作用发生变化的光电特性。本文提出一种简易准确的透镜参数设计和优化方案。以单圆孔结构的液晶透镜为例,利用光学软件ZEMAX和焦距缩放法对圆孔结构的液晶透镜的参数加以设计并优化。分析液晶透镜的像差,评价成像质量。结果表明,优化后的液晶透镜的像差明显减小,3.5°视场下,弥散斑均方根半径RMS值由248.118μm减小到62.192μm,为原来的25.1%;光学调制传递函数MTF值明显改善。最后实验测试验证了液晶透镜阵列的衍射光斑亮度及清晰度均显著提高。     

柔性液晶微透镜阵列的制备与性能研究

针对集成成像视场角狭小的问题,设计并制备了一种柔性圆孔驱动电极控制液晶分子偏转的可弯曲和焦距可调的柔性液晶微透镜阵列。利用光刻技术在柔性ITO基板表面刻蚀并形成规则的圆孔阵列电极,旋涂工艺制备柔性聚酰亚胺(PI)膜层,PI膜层经60℃加热5 min后,再利用等离子体在功率630 W条件下处理5 min固化成PI取向层。利用液晶盒成盒工艺将上、下基板组装成液晶透镜,研究未弯曲和弯曲曲率半径7.5 cm条件下液晶微透镜阵列的光学性能。实验结果表明,所制备的液晶透镜在未弯曲和曲率半径为7.5 cm的情况下均可实现聚焦功能,且液晶微透镜阵列的干涉圆环均匀,聚焦光斑小。在驱动电压3~5.3 Vrms下,弯曲曲率半径为7.5 cm的液晶微透镜阵列焦距可调的范围为0.43~1.05 mm。     

低压驱动高阻值层液晶透镜

针对传统电极驱动液晶透镜的电场分布在驱动电极边缘的问题,设计了一种高阻值层驱动电极来控制液晶分子偏转的低压驱动和焦距可调的液晶透镜.利用磁控溅射工艺在含镂空孔阵列的面状铝电极基板表面沉积一层掺铝氧化锌透明薄膜,形成高阻值层驱动电极;利用液晶盒成盒工艺将制备好的驱动电极基板和公共电极基板(氧化铟锡玻璃基板)组装成液晶透镜,研究掺铝氧化锌高阻值层、驱动电压、工作频率对液晶透镜光学性能的影响.实验结果表明,对比传统电极驱动液晶透镜,高阻值层电极驱动液晶透镜在驱动电压2.2Vrms和工作频率130kHz下获得的干涉圆环均匀,聚焦光斑小.同时,在驱动电压1.8～2.8Vrms和工作频率130kHz下所制备的液晶透镜焦距可调范围为4.27～2.88mm.     

一种高性能液晶透镜的设计方法

提出了一种高性能液晶透镜的设计方法。该方法结合了电极结构的设计并利用了液晶材料线性响应区。所设计的电极结构用于产生抛物线的电压分布,将驱动电压控制在液晶材料的线性响应区内可以实现抛物线的相位分布。通过该方法设计的液晶透镜,其孔径可以是任意大小,且不依赖高阻膜。所设计的电极结构简单,加工只需要一次光刻。透镜由两个低电压驱动,驱动方法简单,其焦距可通过两个驱动电压进行调节。理论上这种液晶透镜的相位分布在变焦过程中保持理想的抛物线分布,且光焦度正比于两个驱动电压的差值。实验上,通过光刻法加工了所设计的电极结构,测量了液晶材料的线性响应区,制作了液晶层厚度为50μm的液晶透镜。通过偏振干涉原理采集了干涉条纹,并从中提取了相位信息。实验结果表明,透镜的相位服从抛物线分布,且光焦度与驱动电压的差值成正比。实验结果与理论分析一致。     

大变焦范围电调谐液晶变焦透镜的研究

基于向列相液晶指向矢随施加电场作用发生变化的特性, 结合几何光学和液晶理论提出了一种液晶透镜结构模型, 研究了电极大小、隔垫物厚度等液晶透镜参数对液晶透镜焦距的影响. 通过优化参数, 得到结构简单、变焦范围较大的新型液晶透镜样品, 在驱动电压0 V_RMS–250 V_RMS下可调的焦距范围为75–230 mm, 达到155 mm.     

电控聚合物分散液晶变焦全息透镜制作

介绍了相位型全息聚合物分散液晶(PDLC)材料全息透镜,在电场作用下液晶微滴折射率逐渐与聚合物折射率匹配,实现透镜电控变焦。研究了微米尺寸和纳米尺寸液晶微滴聚合物分散液晶材料配方特性和微观结构。采用优化纳米尺寸材料配方制作5~6μm聚合物分散液晶盒,采用离轴式平面波和球面波干涉全息写入光路,成功制作电控变焦聚合物分散液晶全息透镜样品。该透镜样品焦距为20 mm,能够正一级衍射放大成像。实现“0”,“1”变焦的驱动电压阈值为60 V。并进一步提出了基于聚合物分散液晶电控变焦元件集成叠加技术实现电控变焦光学成像系统的技术思路。     

基于纯位相液晶空间光调制器的可变焦透镜的实现

提出一种基于纯位相液晶空间光调制器(LC-SLM)实现变焦透镜的方法。根据液晶空间光调制器的位相调制原理,以相息图控制LC-SLM来调制入射光波,并衍射产生透镜波面,改变相息图的衍射距离,可实现变焦位相菲涅耳透镜的功能。分析衍射孔径、衍射距离、相息图位相阶数等参数对变焦位相菲涅耳透镜的影响,并以点光源相息图为例对该方法的可行性进行了实验验证。实验结果表明:通过改变计算衍射距离,提出的方法可得到焦距不同的透镜,且易于控制,为三维扫描显示的实现提供了可行性依据。     

基于电湿效应的双液体透镜

介绍了一种新型的、基于电湿效应的双液体透镜的发展历史、结构原理,通过改变外加电压的大小以调节透镜的焦距,从而达到无机械运动变焦的目的.推导并分析了两种液体透镜模型的焦距与外加电压的关系.     

石英微透镜阵列的制作研究

叙述了采用氩离子束刻蚀的方法制作线列长方形拱面石英微透镜阵列.所制单元石英微透镜底部的外形尺寸为(300×106)um²,平均冠高7.07μm,平均曲率半径202.19μm,平均焦距404.38μm,平均F₂数为3.82,平均光焦度2.47×10³屈光度,扫描电子显微镜和表面探针测试表明,所制线列石英微透镜阵列的图形整齐均匀,单元长方形拱面石英微透镜的轮廓清晰,表面光滑平整.所制微透镜阵列用于高T_c超导红外探测器阵列的实验证实,微透镜的引入可以显著改善超导探测器的光响应特性.     

PtSi IRCCD器件用长焦距Si微透镜阵列的制作研究

为了改善PtSi IRCCD器件的红外响应特性,需要添加长焦距微透镜阵列进行焦平面集光,本文提出了一种新的方法—曲率补偿法用于长焦距微透镜阵列的制作.扫描电子显微镜(SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的方底拱形阵列,表面探针测试结果显示用曲率补偿法制作的微透镜阵列表面光滑,单元重复性好,其焦距可达到685.51μm.微透镜阵列器件与PtSi IRCCD器件在红外显微镜下对准胶合,显著改善了IRCCD器件的光响应特性.     

基于光控取向技术的液晶元器件研究

从液晶取向技术展开,介绍了液晶几何相位的基本原理和光控取向液晶元器件的制作工艺,通过实验制备了液晶透镜和液晶双焦点透镜样品,并在衍射光路中演示了其效果.相比于传统光学透镜,制备的液晶透镜和双焦点透镜的焦距和焦点位置可以按需预设在液晶样品中,其中双焦点透镜可实现焦距相等和焦距不相等的情况.此外,本实验制备的液晶样品还具备偏振控制的功能,通过调节入射光的偏振态可以切换目标光场的分布.     

基于介质上电润湿的微流体变焦透镜的研究进展

近年来,微流体变焦透镜的研究已展示出其在光学系统中的应用前景,其中基于介质上电润湿(Electrowet-ting on dielectric,EWOD)的微流体变焦透镜只需改变外加电压便能快速调节透镜焦距,并且具有尺寸小、结构灵活、功耗低、焦距调节范围广等许多突出优点而日益受到注目。在介绍EWOD机理的基础上,综述了目前基于EWOD的微流体变焦透镜的研究进展。     

低电压驱动液晶变焦透镜的设计与优化

在单圆孔电极液晶透镜基础上进行结构改进,形成双层非对称新型液晶透镜。结合几何光学和液晶理论,利用Zemax模拟并优化该双层结构液晶透镜参数。由Zemax分析可知,在相同的低驱动电压(2.5Vrms~20Vrms范围),0°、3.5°、5°视场角中,双层结构透镜相比于单层结构透镜,可获得更宽的调焦范围,短焦焦距f从19.6172mm缩小到9.9059mm;像差显著减小;该光学调制传递函数(MTF)为0.6时,径向分辨率从12.06lp/mm提高到21.02lp/mm,提高近一倍,图像解像力和清晰度显著提高,并且高频部分MTF由0.1增加到0.3。最后,实验验证了20Vrms时,双层结构液晶透镜的衍射光斑最小。     

紫外衍射微透镜阵列的设计与制备

为了提高紫外焦平面阵列的填充因子,可以通过微透镜阵列与紫外焦平面阵列的集成,以改善紫外焦平面阵列的探测性能。根据标量衍射理论设计了用于日盲型紫外焦平面阵列的128×128衍射微透镜阵列,其工作中心波长为350nm,单元透镜F数为F/3.56。采用组合多层镀膜与剥离的工艺方法制备了128×128衍射微透镜阵列,对具体的工艺流程和制备误差进行了分析,测量了衍射微透镜阵列的光学性能。实验结果表明:衍射微透镜阵列的衍射效率为88%,与理论值95%有偏差,制备误差主要来自对准误差和线宽误差。紫外衍射微透镜阵列具有均匀的焦斑分布,与紫外焦平面阵列单片集成能较好地改善器件的整体性能。     

连续变焦微型液体柱透镜系统的设计与制备

设计并制备了一种具有较大变倍比及较高成像质量的充液式连续变焦微型柱透镜系统。该系统由埋入聚二甲基硅氧烷基片的两片对称弯月柱透镜及一片双凸柱透镜构成：两弯月柱透镜边缘位置胶合形成空腔,改变注入其中的液体折射率,可实现柱透镜系统的连续变焦;双凸柱透镜的优化设计可控制柱透镜系统整个变焦范围内的像差。当柱透镜系统中注入的液体折射率由1.3330变化到1.5530时,可实现系统后焦距由52.292～4.972 mm的连续平滑变化。整个变焦范围内,柱透镜系统径向弥散斑均方根半径始终小于5μm,接近衍射极限。对柱透镜系统的可能公差进行了详细分析,证实了该设计的可行性,并完成了透镜系统的加工制备及后焦距、调制传递函数曲线的测量。该变焦系统具有变倍比高、体积小、结构简单稳定、成像质量高等优势,可用于集成化的微型设备中。     

测量整体X光透镜性能的一种新方法

为了高效准确地确定整体X光透镜焦斑位置,设计了一种新方法:轴向扫描法.该方法避免了探测系统的死时间问题,可以在大能量范围内同时测量透镜在不同能量点的出口焦距,在确定透镜出口焦距时,测量结果的绝对误差范围在-120μm和120μm之间.实验结果表明:透镜的出口焦距随着能量的增加而增加.     

胆甾相液晶散射光的特性研究

基于胆甾相液晶的电光特性，进行了液晶散射光相干性与不同外加电场之间关系的实验研究.利用反转剪切干涉仪具体测量了不同外加电压条件下液晶散射光的空间相干性，得出了液晶散射光相干性随外加电场变化的初步规律.结果表明,胆甾相液晶散射光的强度以及空间相干性可以由外加电场调制.     

多焦距微透镜阵列光场成像火焰三维温度场测量

多焦距微透镜阵列可提高聚焦光场相机的深度分辨率。为了研究多焦距微透镜阵列对光场成像火焰三维温度场测量的影响,本文在火焰辐射光场成像模型的基础上,分析了单焦距微透镜阵列和多焦距微透镜阵列的火焰辐射光场成像特征,计算了两种不同微透镜阵列下的火焰辐射图像,根据火焰光场图像重建了火焰的三维温度场。开展了多焦距微透镜阵列聚焦光场相机火焰三维温度场重建的实验研究,并对数值计算和实验结果进行了分析。     

基于电流变液的可调谐负磁导率材料

通过把负磁导率材料SRR阵列置于高性能电流变液中,研究了电极加载方式、电流变液浓度、电流变液类型以及电场强度等因素对浸入电流变液中的SRR阵列谐振频率的影响. 实验表明,电极加载方式对SRR阵列的磁响应有重要的影响;在容器盒中充满电流变液之后SRR阵列的谐振频率往低频发生了移动,并且可以通过改变外加电场强度来调节,最大的调节范围为130MHz. 数值计算结果表明SRR阵列的有效磁导率在谐振频率附近为负值,并且有效磁导率为负的频率范围也可以通过改变外加电场强度来调节. 关键词： 负磁导率材料 谐振频率 电流变液