Группе ученых из Китая удалось разработать новый тип бифокальных линз, позволяющих фокусировать излучение в двух точках с интенсивностью, регулируемой с помощью внешнего напряжения. В них используются два слоя жидкокристаллических (ЖК) структур. Их можно применять в таких областях, как: оптическая связь, биологическая визуализация, устройства дополненной/виртуальной реальности и т.п.
По словам Фан Фана, руководителя исследовательской группы из Университета Хунань в Китае, большинство устройств на основе ЖК-структур изготавливаются из однослойных структур, что ограничивает модуляцию светового поля. Однако, ученые использовали двухслойные структуры, состоящие из ЖК-ячейки и ЖК-полимера для реализации более сложной и функциональной модуляции падающего света.
Новые бифокальные линзы можно использовать для получения поляризационных изображений, часто используемых при повышении контрастности, а также для получения изображений краев, которые подчёркивают контуры объектов при определении форм и размеров.
По словам Фана, в устройствах виртуальной/дополненной реальности бифокальные линзы, как правило, используются для регулирования расстояния положения изображения с целью уменьшения визуального дискомфорта и напряжения глаз.
Ученые также считают, что управление светом с помощью многослойной ЖК-структуры может быть использовано для разработки таких оптических приборов, как голографические устройства, генераторы, а также для обработки изображений.
Создание новой конструкции
На создание бифокальной линзы из двухслойной ЖК-структуры ученых вдохновило стремительное развитие многофункциональных голографических устройств.
Некоторые бифокальные линзы могут фокусировать излучение в двух точках в зависимости от поляризации. При этом линзы на основе двухслойной ЖК-структуры могут управлять состоянием поляризации излучения, что, например, позволяет разделить свет с круговой поляризацией на два сфокусированных пучка: один с левой и один с правой круговой поляризацией.
Также слой ЖК-элементов позволяет бифокальным линзам быстро изменять интенсивность излучения в точке фокусировки при приложении внешнего напряжения.
После подтверждения учеными, что теоретическая функция рассеяния согласуется с практической, они установили линзу в систему визуализации. Полученный результат был таков, что расстояние между фокусами для поляризационной визуализации достаточно велико (порядка 2 мм), при этом при краевой визуализации расстояние между фокусами получилось гораздо меньше (около 0,03 мм), причем в обеих точках интенсивность была одинаковой. То есть, бифокальные линзы хорошо подходят для обеих типов визуализации.
Области применения
Сейчас ученые работают над усовершенствованием ЖК-структуры для применения ее в других областях. Для того, чтобы сделать такие оптические компоненты более практичными, необходимо снизить их стоимость для массового производства, обеспечить возможность их адаптации к различным условиям эксплуатации, разработать быструю и точную технологи послойного выравнивания и т.п.