Разработан новый метод изменения фокуса ЖК-линз

Американские физики создали настраиваемые жидкокристаллические линзы, фокус которых можно изменять, меняя приложенное к ним напряжение, сообщает Physics Web. В отличие от традиционных жидкокристаллических линз новые линзы имеют небольшой астигматизм и не рассеивают свет. Они будут применяться в объективах с переменным фокусным расстоянием и других микрофотонных приборах.

Принцип действия большинства жидкокристаллических линз основан на том факте, что молекулы жидкого кристалла, которые имеют форму микроскопических стержней, могут изменять свою ориентацию в электрическом поле. Так, если величина поля достаточно большая, молекулы жидких кристаллов выстраиваются в направлении поля. Тем самым изменяется коэффициент преломления и, следовательно, фокусирующая способность материала.

Новая призма, сконструированная доктором Шин-Цон Ву (Shin-Tson Wu) и его коллегами из университета Центральной Флориды, состоит из жидкокристаллических молекул и мономеров N- винилпирролидона меньшего размера, размещенных между двумя стеклянными пластинками. Каждая пластинка покрыта прозрачным слоем проводящего оксида индия-олова. Сверху на одной из пластин помещалась вогнутая стеклянная линза.

В отсутствие напряжения смесь из молекул жидкого кристалла и мономера равномерно распределялась между пластинами. Но когда исследователи прикладывали напряжение между двумя пластинами, молекулы жидкого кристалла собирались вместе у краев пластин, где электрическое поле выше, а мономеры перемещались в середину, где поле ниже.

В результате возникшего градиента концентрации значение коэффициента преломления варьируется от максимального у краев до минимального в центре, и прибор начинает действовать как линза. В ходе исследования ученые пропускали через устройство свет гелий-неонового лазера и фокусировали его на ПЗС-камере. Исследователи смогли изменять фокусное расстояние линзы, меняя приложенное к ней напряжение.

#gallery#

Так как в приборе не используется явление переориентации молекул, он лишен недостатков обычных жидкокристаллических линз, таких как сильный астигматизм и дисторсия. Единственный недостаток новых линз – долгое время фокусировки (около 3 мин.), вызванное относительно большим размером линзы (около 9 мм), в результате чего требуется больше времени для диффузии молекул. Ученые считают, что этот недостаток удастся преодолеть в микролинзах, для которых время фокусировки будет составлять примерно 1 с при комнатной температуре. По мнению исследователей, эта технология может также применяться при изготовлении оптических призм и фазовых дифракционных решеток.