液體透鏡的透射波前特性研究

盧佳瑋，袁道成，劉 乾

（中國工程物理研究院 機械制造工藝研究所，四川 綿陽 621000）

引言

液體透鏡是近年來發展的一種新型光學元件，可以不采用任何移動組件，通過改變透鏡表面的曲率而調整焦距，具有體積小、壽命長、響應快、重復性好、可連續變焦等優勢[1]。液體透鏡能大幅度地簡化現有變焦系統，為光學設計過程提供了一個全新的自由度。液體透鏡自被提出以來，基于不同原理出現了多種類型[2-6]，主要可分為兩大類：漸變折射率透鏡和變曲率透鏡[7-8]。液體透鏡目前主要應用于顯微成像和相機變焦系統，實現快速對焦和變倍。

液體透鏡的波前質量會影響整體光學系統的成像質量。目前的研究大多是測量像差[9-11]，設計固-液組合透鏡[12]或將液體透鏡與數字圖像處理相結合（比如波前編碼[13]、分裂透鏡的周邊孔圖案電極補償波前不對稱性[14]）補償像差，測試焦距變化范圍、響應時間等結構性能[15]。但在更精密的使用場景下，比如在移相干涉測量中使用液體透鏡移相[16]，由于相移源于液體透鏡的表面曲率變化引起的光程差（測量臂與參考臂之間的光程差，optical path difference，OPD）變化，即波前變化，故需探明液體透鏡的透射波前變化特性。本文通過理論和仿真分析了典型商品液體透鏡光程差隨曲率半徑的變化，以及光程差對光焦度的敏感性，以研究光瞳空間內光程差微變的一致性，即相移的一致性。利用激光干涉儀通過3 種光路分別測量該液體透鏡在零、正、負光焦度狀態下的透射波前，通過分析實驗數據驗證光瞳空間內光程差微變的一致性，為液體透鏡在移相干涉測量中的應用和像差補償提供支撐。……