新型可調(diào)微透鏡的研究

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1、摘要摘要可調(diào)微透鏡是一種新型的光學(xué)元器件，它具有光學(xué)性能可調(diào)、體積小、重量輕、無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在成像、微流體傳感、自適應(yīng)光學(xué)等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。但是，目前有關(guān)各種可調(diào)微透鏡的研究，還存在著諸多不足，離實(shí)際的應(yīng)用還有一定的差距，因此，探索并研究新型可調(diào)微透鏡具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文針對(duì)已報(bào)道的各種可調(diào)微透鏡，具體包括基于壓力驅(qū)動(dòng)的可調(diào)微透鏡、基于電潤(rùn)濕可調(diào)微透鏡、基于熱效應(yīng)可調(diào)微透鏡以及基于電光效應(yīng)的液晶可調(diào)微透鏡等，進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研，并分析其調(diào)控原理和存在的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)基于熱效應(yīng)可調(diào)聚合物微透鏡和基于電光效應(yīng)的液晶可調(diào)微透鏡進(jìn)行了較為深入的研究。對(duì)

2、于目前所報(bào)道的熱效應(yīng)可調(diào)微透鏡，僅有實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)道，還沒(méi)有對(duì)其調(diào)控過(guò)程進(jìn)行理論分析與數(shù)值模擬，且在實(shí)驗(yàn)上均只考慮了熱膨脹效應(yīng)對(duì)其聚焦性能的影響，而沒(méi)有考慮熱光效應(yīng)所引起折射率變化而產(chǎn)生的影響，本文建立了可調(diào)聚合物微透鏡在熱作用下的調(diào)控過(guò)程物理模型，并采用有限元法對(duì)其光學(xué)性能進(jìn)行準(zhǔn)確模擬分析，全面考察熱效應(yīng)對(duì)微透鏡聚焦性能的影響。對(duì)于基于電光效應(yīng)的液晶可調(diào)微透鏡，我們?cè)趪?guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，采用藍(lán)相液晶材料，靈活地設(shè)計(jì)了單焦可調(diào)微透鏡和雙焦可調(diào)微透鏡兩種可調(diào)微透鏡，并使用有限元法對(duì)其進(jìn)行了模擬，具體包括可調(diào)微透鏡的電場(chǎng)強(qiáng)度分布、折射率分布、光場(chǎng)強(qiáng)度空間分布，最后對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)

3、制作提供理論基礎(chǔ)。最后，結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，我們采用PDLC-01液晶材料設(shè)計(jì)和制作了可調(diào)液晶微透鏡陣列，接著對(duì)所采用液晶材料的電光效應(yīng)進(jìn)行了定性測(cè)試，同時(shí)也對(duì)微透鏡的透過(guò)率、電控成像和調(diào)焦性能進(jìn)行了測(cè)試與分析，并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，通過(guò)電壓的調(diào)控能夠?qū)υ撏哥R的焦距進(jìn)行有效的調(diào)控，并且該透鏡的成像質(zhì)量比較高。關(guān)鍵詞：微透鏡，變焦，混合分散液晶，電光效應(yīng)，熱光效應(yīng)I萬(wàn)方數(shù)據(jù)ABSTRACTABSTRACTThetunablemicrolensisanovelopticalcomponentwithmanyadvantages,suchastunableopticalperform

4、ance,smallsize,lightweight,nomechanicalmoving,goodstability,whichhaswidepotentialapplicationinmanyfieldsrangingfromimagingtomicrofluidicsensingandadaptiveoptics.However,therearestillsomeshortcomingsinthepublishedreportsaboutvarioustunablemicrolenses,andthesearestillintheirearlystageofresearchanda

5、pplication.Asaresult,manyopportunitiesforexploringvariousnoveldeviceswithhighperformanceexistacrossthisfield.Inthispaper,adetailedreviewandanalysisaboutthevarioustunablemicrolenseshasbeencarriedout,includingtunablemicrolensbasedonadjustingliquidvolume,electrowetting-driventunablemicrolens,thermal

6、actuatedtunablemicrolensandtheliquidcrystaltunablemicrolensbasedonelectro-opticaleffect.Theiradvantagesanddisadvantagesaboutthetunablemicrolenshavebeendiscussed.Inthisthesis,theproposalforthethermalactuatedtunablemicrolensandtheliquidcrystaltunablemicrolenshasbeenpresented.Forthethermalactuatedtu

7、nablepolymermicrolens,thereisonlyexperimentalresultswithouttheoreticalanalysisandnumericalsimulationinthereports,manypeopleonlyconsiderthethermalexpansioneffectsontheperformanceofmicrolens,buttheimpactonitsfocusingperf