为解决电润湿液体透镜调焦系统的单色像差随调焦过程中发生较大改变的问题, 提出利用梯度折射率分布可调的液晶透镜对系统单色像差进行校正的设计方案。在850 nm波长下, 采用液晶透镜对系统在无限远到200 mm间6种典型物距下的单色像进行校正。在系统像差最大的无限远物距下, 边缘视场的点列图几何半径从44.696 μm减小到7.423 μm, 其余视场下的弥散斑均减小到艾里斑以内, 系统单色像差得到了较好的校正。为减少液晶透镜响应时间, 将液晶透镜改为5个1/5盒厚的液晶透镜的叠层组合, 大幅提高了响应速度。研究发现, 此结构同样对系统在不同物距下的单色像差具有良好的校正作用。

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂摩尔分数为5%～20% 的Al掺杂ZnO(AZO)高电阻薄膜，采用正方形电阻法表征了薄膜的方块电阻，采用扫描电子显微镜(SEM)对薄膜形貌进行了表征，采用Nano Measurer 1.2软件测量了薄膜晶粒的平均粒径，采用分光光度计表征了薄膜的光谱透过率。当Al掺杂摩尔分数为5%～20%时，方块电阻在2～405 MΩ/□之间逐渐增大，晶粒尺寸在24.35～17.53 nm之间逐渐减小，可见光透过率可达80%左右。制备了不同Al掺杂摩尔分数的AZO高电阻层的模式控制型液晶透镜并研究了其光学干涉特性，掺杂摩尔分数在10%～15%之间，AZO薄膜可满足液晶透镜对薄膜透明度和方块电阻的要求。

为了解决传统模式控制型液晶透镜折射率分布偏离理想抛物面的问题, 提出了高阻层的方块电阻阶梯分布的模式控制液晶透镜的设计方案。采用模式控制型液晶透镜的电阻-电容等效电路模型, 对该设计方案的液晶透镜折射率分布进行仿真研究。将方块电阻等距分为不同阶梯数量, 计算了液晶透镜折射率分布与理想折射率分布的偏差, 得到不同焦距情况下的最小分段数量。研究了方块电阻阶梯分布固定条件下, 改变驱动电压和频率调节液晶透镜焦距时, 液晶透镜折射率分布与理想分布的偏差, 得到了液晶透镜焦距在280 mm至无穷远范围变化的方块电阻分布方式。

为提高传统模式电极液晶透镜的响应速度, 本文设计了模式电极pi-cell液晶透镜。结合液晶连续体理论和模式电极液晶透镜电阻-电容等效电路, 提出一种快速的计算方法对液晶透镜进行模拟仿真, 仿真结果与实际器件的测试参数具有良好的一致性, 显示了此仿真方法具有较高的精度, 并依据仿真结果设计了模式电极pi-cell液晶透镜的驱动条件。实验制备了模式电极pi-cell液晶透镜并研究了其光学特性, 结果显示此液晶透镜具有较大的焦距调节范围和良好的成像效果, 对比于参数相近的模式电极平行排列液晶透镜, 模式电极pi-cell液晶透镜的响应时间为136 ms, 比平行排列液晶透镜减少368 ms, 响应速度显著提高。