国防科技大学电子科学学院，湖南 长沙 410072
空间光的相位调控对于光学相控阵以及焦距可调透镜等的应用具有重要意义。氧化铟锡(ITO)是一种透明金属材料，其介电常数可以通过外部电压进行高速调制，因此被广泛应用于电光调控设备。本课题组基于ITO薄膜和金属谐振器设计了一种谐振增强结构，通过静电调控ITO的载流子浓度，使入射光与超表面发生临界耦合，显著提升了结构对电磁特性的调控能力，实现了高于330°的相位调制范围。利用相位调控单元构建光学相控阵，实现了波束的动态偏转；同时设计了焦距可调透镜，通过仿真实现了焦距为10，15，20 μm的可调聚焦效果。所设计的相位调控超表面在光学探测、传感、成像等领域具有重要的应用价值。
光通信 相位调制 超材料 光学相控阵 可调透镜 氧化铟锡
Author Affiliations
Abstract
1 INAOE, Departamento de Óptica, Tonantzintla, Puebla, 72840, Mexico
2 Catedras Conacyt – CICESE, Unidad Monterrey, PIIT Apodaca, Nuevo León, 66629, Mexico
3 Tecnológico de Monterrey, Campus Puebla, Departamento de Bioingeniería y Ciencias, Puebla, Puebla, 72453, Mexico
4 CICESE, Unidad Monterrey, PIIT Apodaca, Nuevo León, 66629, Mexico
In this Letter, a Gabor superlens with variable focus is presented. This configuration uses tunable liquid lenses in the third microlens array of the Gabor superlens. By applying voltage, the radius of curvature of the micro-tunable doublet arrays changes, and the Gabor conditions are fulfilled at different focal planes. As a consequence, the magnification of the image at the focal planes changes, and a zoom effect is observed. The marginal depth plane for this system goes from 0.86 to 0.89 mm. The optical simulation, calculations, and results of the simulated optical system performance are presented.
Gabor superlens micro-tunable lens multi-aperture optics geometric optical design Chinese Optics Letters
2020, 18(12): 122201
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 光电信息技术科学教育部重点实验室(天津大学), 天津300072
液晶变焦透镜由于其结构紧凑, 低功耗, 性能稳定, 易于制备等特点, 在图像处理, 光通信, 机器视觉, 可切换2D/3D显示等方面应用广泛,但是工作电压高阻碍了其实际应用和商业化。本文提出了一种梯形凸起电极结构的液晶变焦透镜, 用TechWiz LCD 3D软件模拟了此种结构的电场和液晶分子分布, 对比分析了液晶盒厚、电极高度、电极梯角和电极宽度与间隔比对液晶透镜工作电压的影响。模拟结果显示, 当液晶盒厚为10 μm时, 液晶透镜的驱动电压可以降低到10 V以内; 在焦距变化范围相同的情况下, 梯形凸起电极液晶透镜比传统的平面电极液晶透镜的工作电压降低了358%。对于梯形凸起电极结构的液晶变焦透镜, 当电极高度占液晶盒厚40%, 电极梯角选为60°, 电极宽度与间隔比为100∶50时, 其工作电压最低。
变焦透镜 液晶透镜 电极结构 工作电压 tunable lens liquid crystal lens electrode structure operating voltage
安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
针对传统的基于光强传输方程（TIE）相位恢复方法中需要通过移动待测物体或者CCD以实现光强图像采集所造成的速度慢、精确度低等问题，提出了一种新的基于硅基液晶（LCOS）变焦透镜的相位恢复方法。首先，在LCOS上加载具有不同焦距的透镜相位分布图，使其实现变焦透镜的功能；然后通过本研究所设计的系统在同一成像平面上采集不同散焦距离的光强图像；最后求解TIE从而得到相位信息。该方法只需要改变LCOS上所加载的相位分布图即可形成不同的散焦图像，避免了传统方法中机械移动所造成的误差。模拟与实验结果均验证了所提方法的正确性和有效性。
测量 相位恢复 光强传输方程 硅基液晶 变焦透镜
北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心, 北京 100081
提出了一种采用液体透镜(LTL)补偿人眼屈光度变化的新型眼底相机光学系统，应用高斯括号法推导了液体透镜光焦度与人眼屈光度的函数关系式，计算并搭建了包含人眼模型的眼底相机近轴光学系统。在优化过程中控制人眼瞳孔位置与液体透镜共轭并保证位于它们之间的光学系统放大率接近1，使成像光束能够通过液体透镜；光源与角膜共轭，采用环形光源结合偏振光照明，并在探测器前加入检偏器降低系统杂光。设计并研制了视场角为50°、物方工作距为40 mm、总长小于220 mm的便携式眼底相机光学系统，拍摄了不同屈光度状态下的模型眼在采用液体透镜和不采用液体透镜补偿的眼底图片，结果表明：通过液体透镜的电控变焦能对-10 D～+10 D(1 D=1 m-1)的人眼清晰成像。该系统结构紧凑、无机械运动部件，大幅降低了光机系统的复杂程度。
光学设计 眼底相机 液体透镜 高斯括号 光学学报
2014, 34(11): 1122001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
利用液体透镜进行变焦系统设计可以大幅降低系统的复杂程度，本文介绍和讨论了该项技术的研究和应用现状。首先，基于液体透镜的分类即渐变折射率透镜和变曲率透镜介绍了几种主要液体透镜的原理和特点，给出了具有代表性的ARCTIC透镜系列和Optotune透镜系列的设计参数和优点。然后，对液体透镜技术在变焦系统中的应用进行了分析，描述了其在变焦眼镜、手机相机、内窥镜和显微镜等诸多领域中应用的现状和优势。最后，利用液体透镜设计了一种长焦距变焦系统，该系统可实现2.5倍的可见光变焦。
光学设计 液体透镜 变焦系统 焦距可调透镜 optical design liquid lens zoom system focus tunable lens
