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光学物理学

光学物理学

液晶焦点的改变

19 May 2006

美国的物理学家创造了一种新型的可调液晶透镜,可以通过改变施加在其上的电压来改变其焦点。新设备比传统的液晶透镜更好,因为它的像散很小,不会散射光。它可以用于变焦镜头和其他微光子设备(应用物理来吧 88 191116)。

图1

大多数液晶透镜都利用这样的事实,即像细棒一样形状的液晶分子可以改变它们指向电场的方式。特别是,如果视场足够大,它们都将沿着视场方向排列。这会改变折射率—因此聚焦力— of the material.

由中佛罗里达大学的吴欣-及其同事制造的新镜头使焦点可以以新的方式改变。该装置由液晶分子和较小的N-乙烯基吡咯烷酮单体的混合物组成,该单体置于两个玻璃基板之间,每个玻璃基板上都涂有一层透明的导电铟锡氧化物透明层(图1)。然后,他们将一个平底的凹面玻璃透镜放在其中一个基板的顶部。

在没有任何电压的情况下,液晶/单体混合物均匀地分布在基板之间的整个间隙中。但是,当研究人员在两个基板上施加电压时,液晶分子在间隙的两端聚集在一起,在间隙的两端电场较高,而单体向间隙的中间移动,电场在间隙中间较低(图2)。

由于该浓度梯度,整个器件的折射率均发生变化,在端部最高,而在中间最低。因此,该设备起到了透镜的作用,研究人员通过发射氦氖激光并将其聚焦在CCD相机上来证明这一点。研究人员能够增加镜头’只需通过提高设备两端的电压即可获得焦距(图3)。

而且,由于不涉及分子的重新取向,所以新的透镜克服了与常规液晶透镜相关的一些问题,例如强像散(当透镜不能正确聚焦时),畸变或焦点改变期间的光散射。

新设备唯一的障碍是其约三分钟的长聚焦时间。这是因为透镜相对较大(9毫米),这意味着分子在透镜上的扩散很慢。但是,这对于在室温下估计响应时间约为1秒的微型镜头来说应该不是问题。研究人员说,该技术还可以用于制造其他自适应微设备,例如棱镜阵列和相位光栅。

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