以人眼为灵感的自适应液体透镜

受到人类眼球成像原理的启发，中国的研究人员发明了一种新型的自适应液体透镜，其焦距可通过电场控制（文章见：Optics Letters, doi: 10.1364/OL.447182）。

这种透镜基于一种新型的电响应流体，不仅具有传统透镜系统的功能，同时免除了大型体积、高重量和高复杂度。此项研究的作者称，这种透镜的这些优点使其有望应用于移动电子设备、内窥镜和光波导中。

图1 DBA液体透镜由环形电极中填充DBA液体制成；这种液体在其中形成一个圆顶形状，施加直流电会改变圆顶形状，去除电压，DBA液体又会恢复其初始形状

灵感来源：自然界

不同于固体镜片，液体镜片可任意改变形状（见OPN, 2021年3月的“液体镜片”，https://www.optica-opn.org/home/articles/volume_32/march_2021/departments/lenses_go_liquid/）。例如，电润湿液体镜片即在电绝缘介质层表面滴一滴导电液体液滴（比如盐水），当对器件施加外部电压时，液滴的表面轮廓发生变化，透镜焦距随之而变化。

合肥工业大学的科学家们从自然界中获得了灵感，发明了一种比传统电润湿透镜结构更简单、光学性能更稳定的液体透镜。这种透镜使用的不是导电液体，而是使用一种透明、廉价且电响应性好的液体——己二酸二丁酯（DBA）。

课题组负责人Miao Xu表示:“人眼是一种自然形成的自适应透镜，可以以极快的速度任意改变焦距。受人眼功能的启发，我们开发了一种类似人眼的自适应液体透镜，它可以通过DBA液体形状的改变实现光线的发散和聚焦。”

透镜的概念验证

DBA液体透镜由环形电极中填充DBA液体制成，由于DBA液体内表面有疏水涂层，形成了圆顶状。施加电场时，具有电负性的DBA分子迁移到阳极并聚集，改变了圆顶的形状，从而使透镜焦距发生改变；去除电场时，DBA液体恢复其初始形状。

研究人员用DBA透镜进行了演示，当电压从0到100 V时，透镜的焦距从7.5 mm增加到13.1 mm；在390 - 780 nm的可见波长下，其透光率高达95%左右；在20°C - 100°C的温度下具有稳定的光学性能。与电润湿镜片中的导电液体不同，DBA具有不易挥发、不电解的优点，且稳定性更高。

广泛的应用范围

研究人员认为：整体来看，研究结果表明DBA有望用于制造下一代自适应液体透镜。DBA透镜重量只有几克，无需绝缘层，仅需低成本的材料。研究人员正在进行下一步工作，包括降低透镜的驱动电压、将响应时间提高到毫秒级等。

“可调焦自适应液体透镜有望用于手机相机、机器视觉、眼镜、内窥镜和其他片上实验室设备中，”Xu说。“毫无疑问，自适应液体透镜将在光学技术时代发挥日益重要的作用。”