基于可控材料的平面透镜研究

发布时间：2025-05-05 03:57

　　随着科学技术的迅速发展以及人们对生活品质的不断追求,光学成像技术在各行各业都有着举足轻重的地位。透镜作为光学成像系统中的关键元件,是望远镜、显微镜、数码相机、波前探测器等现代科技产品中不可缺少的部分。为了实现某些精细的功能,往往需要多个传统透镜来组合使用,这就不可避免的增加了光学成像系统的体积与复杂程度,也在一定程度上限制了光学成像系统的精度和应用范围,不符合现代光学系统小型化和智能化的发展趋势。作为一类人工设计的二维超材料,超表面的出现在近几年内掀起了广泛的研究热潮。由于微纳加工技术的日趋成熟,超表面在诸多领域如:光束控制、平面透镜、电磁隐身、全息成像、模拟计算等领域都已经展现了其巨大的应用潜力。而其中对平面透镜的研究正好可以解决传统曲面透镜体积过大、不易集成的难题,为光学系统的轻量化与微型化提供了新的解决思路,进一步拓宽了应用范围,使其在微生物成像、医学成像、便携式光学成像等领域都能发挥巨大的作用。目前对平面透镜的研究主要集中在提高能量利用率、超高精度成像、大视场成像、宽光谱成像等方面,同时在三维成像、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等前沿应用领域也进行了一些探索。尽管普通的平面透...

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图 1.12 液态金属可调平面透镜,引自文献[80]

液态金属可以使平面透镜在不产生任何形变或位移的情况下对其进行调节,一定程度上提高了结构紧凑度。而且液态金属为平面透镜调节领域引入了流动性这一新的参量,扩大了可调平面透镜的材料选择范围。但其缺点也同样明显,首先液态金属的使用使平面透镜不够稳定,抗干扰能力差；其次制作工艺比较复杂,目....

图 1.13 基于热光介质的可调平面透镜,引自文献[82]

2018年,Afridi等人就利用热光材料PDMS在可见光波段设计了可以电调的连续可变焦平面透镜[82]。其调控原理如图1.13（a）所示,该系统由两部分结构构成,一是不可调的高性能平面透镜,二是由PDMS构成的电热光调节器,其厚度为700微米,结构扫描电镜图如图1.13（b）所....

图 1.14 石墨烯结构示意图

如图1.14所示,作为一种由碳原子呈六边形结构组成的二维纳米材料,石墨烯自发现以来,就因为其优异的力学、光学、电学特性,受到了材料界的广泛关注。虽然石墨烯本来就存在于自然界,但在研究初期由于缺少有效的制备方法,石墨烯的应用难以推广。直到2004年Geim和Novoselov两位科....

图 1.15 金属-石墨烯可调平面透镜,引自文献[99]

近几年来,已经有大量借助于石墨烯的超表面调节器件得到了证明[90-103]。作为超表面最实用的应用之一,平面透镜与石墨烯的结合自然也吸引了不少研究人员的关注,并取得了不少优秀的成果。最初,石墨烯仅仅被用来替代传统菲涅尔透镜中的暗环而制作超薄的平面透镜,并不具有调节功能[97,98....

本文编号：4043089