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新型可调微透镜的研究

童伟  
【摘要】:可调微透镜是一种新型的光学元器件,它具有光学性能可调、体积小、重量轻、无机械运动、稳定性好等诸多优点,在成像、微流体传感、自适应光学等诸多领域具有广阔的应用。但是,目前有关各种可调微透镜的研究,还存在着诸多不足,离实际的应用还有一定的差距,因此,探索并研究新型可调微透镜具有重要科学意义和应用价值。 本文针对已报道的各种可调微透镜,具体包括基于压力驱动的可调微透镜、基于电润湿可调微透镜、基于热效应可调微透镜以及基于电光效应的液晶可调微透镜等,进行了详细的调研,并分析其调控原理和存在的优缺点。在此基础上,对基于热效应可调聚合物微透镜和基于电光效应的液晶可调微透镜进行了较为深入的研究。 对于目前所报道的热效应可调微透镜,仅有实验结果报道,还没有对其调控过程进行理论分析与数值模拟,且在实验上均只考虑了热膨胀效应对其聚焦性能的影响,而没有考虑热光效应所引起折射率变化而产生的影响,本文建立了可调聚合物微透镜在热作用下的调控过程物理模型,并采用有限元法对其光学性能进行准确模拟分析,全面考察热效应对微透镜聚焦性能的影响。 对于基于电光效应的液晶可调微透镜,我们在国内外研究的基础上,采用蓝相液晶材料,灵活地设计了单焦可调微透镜和双焦可调微透镜两种可调微透镜,并使用有限元法对其进行了模拟,具体包括可调微透镜的电场强度分布、折射率分布、光场强度空间分布,最后对所得结果进行分析,为后续的实验制作提供理论基础。 最后,结合现有的实验条件,我们采用PDLC-01液晶材料设计和制作了可调液晶微透镜阵列,接着对所采用液晶材料的电光效应进行了定性测试,同时也对微透镜的透过率、电控成像和调焦性能进行了测试与分析,并对其性能进行了评价。结果表明,通过电压的调控能够对该透镜的焦距进行有效的调控,并且该透镜的成像质量比较高。


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