体系中的要害器材，而现在依据变形镜或液晶光调制器的波前校对器在运用中都存在约束。南京邮电大学微流控光学技能研讨中心赵瑞、梁忠实等规划了一种依据介电潮湿效应的叠加式液体透镜，经过软件剖析并证明了其对含有曲率差错、歪斜差错和活塞差错的畸变波前具有校对才能。该研讨供给了一种小体积、高填充密度、无偏振依靠、高呼应速度的波前矫正器规划计划。研讨布景自适应光学(ve optics, AO)是一项用于实时校对因大气湍流引起的动态波前畸变，提高光学体系功能的技能，现在已在军事与地理范畴得到了广泛的运用。自适应光学体系中的波前校对器能够主动产生一个面型以补偿所测得的波前差错[1]，在体系功能、制造本钱等方面具有决定性含义。

　　常见的波前校对器首要存在两类：变形镜与液晶光调制器。其间，变形镜指在可独立操控的能动器上加装镜面，经过加载电压改动镜面形状，完结对光束相位的操控。现在对该类波前校对器的研讨较为老练，但高能耗、大体积、高本钱等问题仍极大地约束了其运用。而液晶光调制器可经过外部加载电压，使棒状液晶分子旋向产生改动，改动折射率从而改动光程，完结对入射光束相位的调制。尽管该计划具有功耗低、精度高、体积小等许多长处，但鉴于液晶资料的偏振依靠性、校对频率低、呼应速度慢等问题，研发体积小、填充密度高、呼应速度快的空间调制器是工业及科研界的热门内容。

　　液体透镜由一种或多种液体制造而成，一般依据电潮湿(Electrowetting, EW)现象作业，经过操控外加电压改动液体曲率来完结主动聚集和光学变焦等功能。现在已在可变焦距、光束操控、室内照明及微型化等方面得到了运用。以液体透镜作为波前校对器相较于变形镜计划具有体积小、无机械运动、易于阵列化的优势，可完结小体积的高密度填充；相较于液晶光调制器计划，又具有无偏振依靠性、呼应速度快等优势，因此具有较高的研讨价值。本文摘要1. 规划了一种叠加式液体透镜，能够独立操控三个不相溶液体的分界面，剖析其对含有曲率差错、歪斜差错和活塞差错的畸变波前的校对原理。 2. 选用COMSOL软件构建叠加式液体透镜模型，仿真模仿了不同电压组合下液体界面面型的改动状况，剖析了作业电压与双液体界面面型的联系，获得该叠加式液体透镜内双液体界面的改动规模。 3. 选用ZEMAX 软件，凭借点涣散函数改动，剖析并证明该透镜对波前恣意点处曲率差错、歪斜差错和活塞差错具有校对才能。结构规划与作业原理

　　图1. 叠加式液体透镜结构示意图。(a)液体透镜结构；(b)当只对底层棱镜单元施加电压，(c)对底层与中层结构施加电压，(d)对三层结构一同施加电压时，液体界面改动状况 研讨中所规划的叠加式液体透镜如图1所示。液体透镜共三层，每层都可视为独立的圆柱体子单元。每个子单元均由直径为2 mm，高度为1 mm的玻璃腔体构成。腔体底部盖片与内壁堆积电极，外表涂覆介电层。Liquid1与Liquid3为导电液体，两者折射率差较大，而Liquid2为非导电液体，与两种导电液体互不相溶。每个圆柱状腔体中别离填充两种液体，如图1(a)所示，导电液体与非导电液体在腔体内构成液体界面，可经过操控侧壁与底部（或顶部）电压对界面面型进行操控，如图1(b)~(d)所示。

　　图2. 叠加液体透镜畸变波前校对原理图。(a)校对进程；(b)底层歪斜差错校对；(c)中层曲率差错校对；(d)顶层活塞差错校对 图2为叠加式液体透镜用于波前校对的作业示意图。图2(a)中，存在畸变的初始波前经过叠加式液体透镜，三个子单元的作业电压可独立操控，别离用于完结对歪斜差错、曲率差错和活塞差错的补偿与校对。图2(b)∼(d)别离对应为每层单元经过操控液面面型改动对歪斜差错、曲率差错和活塞差错的校对原理图。仿线.作业电压与双液体界面面型剖析

　　图3. 叠加式液体透镜界面面型图。(a)天然状况下液体界面；(b)施加电压使三层液体界面呈平面；(c)改动底层电压；(d)改动底层与中层电压；(e)改动悉数三层电压 如图3所示是运用COMSOL软件对不同作业电压下叠加式液体透镜腔体内双液体界面面型改动的仿线(b)别离显现了液体透镜处于初始状况（即三层子单元腔体侧壁均未施加电压）和液体透镜对波前畸变不具有校对才能（即三层子单元的双液体界面均呈平面）时所加电压值和液体界面面型图。在图3(b)基础上经过对底层子单元施加作业电压的调控，图3(c)中的底层子单元腔体内的双液体界面与水平方向构成必定夹角，阐明液体透镜可完结对歪斜差错的校对。在此基础上，图3(d)中所示液体透镜可完结对歪斜差错及负曲率差错的校对（即中间层腔体内双液体界面由平面变成球面）；进一步，图3(e)所示透镜体系能够一同完结对歪斜差错、负曲率差错和相位滞后的校对（即在图3(d)基础上顶层腔体内双液体界面变为凹面）。2.波前校对功能剖析依据图3分层式液体透镜腔体内液体界面随作业电压的改动联系，将不同作业电压下的双液体界面曲率导入ZEMAX软件中，进行波前校对功能剖析。在ZEMAX软件内树立叠加式液体透镜体系，并在体系结尾放置一个固体透镜，用于光束集聚。

　　图4. 体系光路图。(a)抱负状况；(b)带着三种差错；(c)三种差错校对后 图4为ZEMAX仿真光路图。为防止液体透镜体系本身产生像差，对三层子单元施加图3(b)对应电压，使三层子单元腔体内的双液体界面均保相等界面，平行光入射后水平出射，由固体透镜集聚于体系后方一点，如图4(a)所示，此刻波前为抱负波前。坚持电压不变，别离引进活塞差错、曲率差错和歪斜差错，抱负波前产生畸变，光束焦距改动并违背光轴，如图4(b)所示。改动三层子单元上的作业电压，对上述三种像差进行校对，最终使畸变波前再次康复到近似抱负状况，如图4(c)所示。

　　图5.位相散布图 图5为畸变波前校对前后的位相散布图。图5(a)为抱负波前，其峰谷值(Peak-to-Valley, PV)为0.0015λ，均方根值(Root Mean Square,RMS)为0.0004λ。引进三种像差后，波前产生畸变，PV值变为19.7853λ，RMS值增大到5.6638λ，如图5(b)所示。将该畸变波前经过叠加式液体透镜，顺次对曲率差错、歪斜差错和活塞差错进行校对，如图5(c)~5(e)所示。校对完结时，波前PV值下降到0.18λ，RMS值减小到0.0355λ，如图5(e)所示。能够看出，该液体透镜体系完结了对三种像差的有用校对。

　　图6给出了畸变波前校对前后体系像面点涣散函数(Point Spread Function, PSF)的散布状况。图6(a)显现了波前为抱负状况时的点涣散函数图，此刻斯特列尔比(Strehl Ratio, SR)为1。引进像差后，体系的斯特列尔比挨近0，如图6(b)所示。接着，将存在三种像差的畸变波前顺次进行校对，图5(c)~5(e)的点涣散函数散布图别离对应图6(c)~6(e)。经过透镜体系的校对后，体系能量由极度涣散变得会集，PSF峰值明显提高，斯特列尔比由开端的近乎零值变为0.962挨近抱负状况。

　　定论该研讨提出的依据介电潮湿效应的叠加式液体透镜，可用于对畸变波前中的活塞差错、曲率差错和歪斜差错进行校对。经过运用COMSOL与ZEMAX软件进行仿真模仿，剖析了液体界面面型和波前校对特性。经过该叠加式液体透镜的校对后，畸变波前PV 值从19.7856λ减小到0.18λ，RMS 值对应地由5.6638λ减小到0.0355λ，斯特列尔比则从初始的挨近0值提高到0.962。结果表明所提出的叠加式液体透镜能够一同完结对不同类型波前畸变的补偿与校对。

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