对称折射率分布的液晶菲涅耳透镜的仿真研究

本文设计了直径为16 mm的大孔径液晶菲涅耳透镜,将液晶透镜分为中央部分和13个菲涅耳旁瓣,每个部分的光程差相同。通过重置电极和微调电极电控调焦,提高液晶透镜的应用范围。对液晶菲涅耳透镜进行了结构设计和仿真研究。通电电极为非完整圆环电极,耦合电极为完整圆环电极。非完整圆环电极与完整圆环电极上下对准,采用电容耦合的方式传递驱动信号,避免引线过孔,可以降低制作液晶透镜的工艺难度。在液晶透镜内设计了方块电阻较低的高阻膜,既可以屏蔽引线电极产生的串扰影响,同时也可以起到均匀压降的作用。通过调节电压,光焦度变化范围为-1~+1 D。液晶菲涅耳透镜可以形成圆对称的折射率分布,与理想光程差的偏差小于λ/4,满足瑞利判断。

色散对液晶菲涅耳透镜衍射效率的影响研究

首先研究了液晶菲涅耳透镜和传统菲涅耳透镜的区别,并给出液晶菲涅耳透镜衍射效率的计算公式。接着,研究了液晶材料的色散和入射波长偏离量化波长对衍射效率的影响。经过计算分析并通过相应的实验发现,当量化波长为470nm时,在400nm和700nm处衍射效率分别下降了9.0%和27.5%,说明波长偏离对液晶菲涅耳透镜的衍射效率影响较大;当量化波长为510nm时,波长偏离在400nm和700nm处产生的衍射效率下降大致相当,约为20.0%;当在400nm和700nm处液晶的折射率变化量Δn基本相等时,液晶色散造成的衍射效率降低都约为8.0%。结果表明,和波长偏离相比,液晶色散对衍射效率的影响相对较小,且液晶菲涅耳透镜的量化波长应在470～510nm区间选取。实验测量了色散对液晶菲聂耳透镜衍射效率的影响,测量结果和理论计算结果非常接近,说明分析结论有效。

大口径光焦度可电调菲涅耳液晶透镜

液晶透镜是一种无需机械移动,可电控调焦的光学透镜。报道了一种大口径液晶透镜,将液晶透镜分成多个菲涅耳旁瓣,在保证光焦度和响应速度的情况下,可以极大地提高了液晶透镜的口径。利用叉指电极方式连接并控制各个旁瓣,每个旁瓣的驱动电压相同,简化了驱动方式。本工作设计的菲涅耳液晶透镜直径达到了1 cm,光焦度由所加电压进行控制,变化范围为-1.62D~+1.57D,入射平面波经过该菲涅耳液晶透镜调制,波前接近抛物线分布,呈现出良好的光学特性,本工作将此透镜作为对焦元件在成像系统中进行演示。