李 睿， 王琼华

(1. 四川大学 电子信息学院， 四川 成都 610065；2. 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191)

1 引 言

液晶透镜的轻薄、低功耗、电控调焦等特性使其在图像处理、波前校正、光束偏转及2D/3D可切换显示等领域具有潜在的应用价值[1-6]。由于液晶材料的双折射特性，通过外加电场可以控制液晶分子的排列方向，使液晶层内产生梯度的折射率分布，从而调节液晶透镜的焦距[7-8]。目前液晶透镜的类型主要包括：图案化电极的液晶透镜[9-13]、基于曲面基底的液晶透镜[14-15]以及匹配聚合物折射率的液晶透镜[5, 16-18]等。

大孔径短焦距的液晶透镜一直是研究的热点，近年来，国内外专家学者主要通过折射率梯度型[19]、菲涅尔型[20-22]、几何位相型[23-26]这3种设计思路制作大孔径液晶透镜。对于折射率梯度型液晶透镜，根据焦距公式，液晶透镜的焦距与孔径的平方成正比，与液晶层的厚度及液晶材料的双折射成反比[27-28]。因此，可以通过采用大Δn液晶材料或增加液晶层厚度的方式来保证在扩大液晶透镜孔径的基础上不牺牲其焦距。然而，随着液晶层厚度的增加，不仅液晶透镜的驱动电压增高，响应时间变慢，且其像质也随之变差。

本文提出了一种基于大Δn液晶材料的短焦距透镜阵列。该液晶透镜阵列采用ITO驱动电极与ITO接地电极交替排列的结构，且ITO接地电极位于介电层上方，ITO接地电极使其边缘区域存在弱电场，介电层的作用是平滑液晶层内的电场。此设计不仅在大孔径范围内实现抛物线形的相位分布，且具有较低的驱动电压。……