魏如东，穆全全，王启东，陈 万，赵志伟

(1. 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033；2. 中国科学院大学，北京 100049)

1 引 言

透镜广泛应用于日常生活和科研工作中，是基础的光学器件之一。光在介质和空气中传播速度不同,传统的光学透镜利用该性质，控制光学材料的形状，通过光从不同路径造成的光程差来调制波前，实现光束偏折的效果。液晶是一种介于固态和液态之间的中间态，同时具有液体的流动性和晶体的各向异性[1]。液晶分子会受到外界电场的调制作用，因此与固态透镜相比，液晶透镜[2-7]可以根据使用需求，利用外界电场进行光学特性的调节。液晶偏振透镜是一种几何相位光学元件，它通过调制光学波前的几何相位差[8-11]，实现对偏振光束的聚焦控制。几何相位光学器件因该特性又被称为第四代光学器件[12]，具有体积小、重量轻、制作成本低、集成度高等优势，在3维显示、VR/AR[13-15]等领域具有重要的应用潜力。

本文首先介绍了液晶偏振透镜光波调控光学原理及其光学偏振特性和电光特性，然后基于多级液晶偏振透镜组合设计并通过实验验证了其变焦光学性能，最后总结并指出该设计的改进方向和未来应用场景。

2 理论设计

2.1 液晶偏振透镜原理和光学特性

液晶是一种双折射材料，液晶偏振透镜中不同位置的液晶分子指向矢排列如图1所示，在空间中长轴不断变化，因此，等效为在空间规则排布的一系列相位延迟单元，可以用波片理论，采用琼斯矩阵来分析其光调制特性。……