[发明专利]一种实现光束大偏转角和平移的液体棱镜

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种液体棱镜，更具体的说，本发明涉及一种实现光束大偏转角和平移的液体棱镜。

二、技术背景

随着科技的进步，光偏转器件在数码设备、医学仪器、信息采集以及信息处理等领域已经得到广泛的应用，集成化、微型化成为发展的趋势。光束精确控制的应用已经越来越多，而且追求轻量化也是一种必然的趋势，特别是近十年来基于电湿润效应的液体棱镜成为发展轻量化的一个重要方向。对于传统的棱镜，在光源不动的情况下，必须借助于机械式的移动才能改变光束的方向，其装置十分笨重，但基于电湿润的液体棱镜在这些方面有非常好的优势。液体棱镜通过两种不相溶的液体形成的液-液曲面从而具有折射光线的功能，更重要的是基于电湿润效应的液体棱镜能够通过改变外加电压来改变液-液界面的曲率，实现光束的偏转，从而可以实现对光束的控制。

液体棱镜具有轻量化和易操作等优点，目前的液体棱镜是通过两种不相溶液体形成的一层液-液曲面来实现光束偏转，由于两种液体的折射率差异并不大以及电湿润效应存在的饱和现象，光束的偏转范围受到了很大的限制。文献“Liquid prism for beam tracking and steering,Optical Engineering.Vol.51,No.11,pp.114002, 2012.”公开了一种双层液体棱镜，该棱镜是由两个普通液体棱镜组合而成，但是器件结构复杂，使得液体棱镜的应用范围受到了限制。

三、发明内容

本发明旨在实现光束大角度偏转和光束平移。为了达到该目的，本发明提出了一种实现光束大偏转角和平移的液体棱镜。

本发明提出的一种实现光束大偏转角和平移的液体棱镜的结构图如附图1 所示，它包括：入射面透明电极、电极I、填充液体I、电极II、出射面透明电极、电极III、疏水层、填充液体II、介电层、电极IV、棱镜外壳。由入射面透明电极、出射面透明电极、疏水层、介电层和棱镜外壳组成封闭容器，填充液体I、填充液体II和填充液体I从上到下位于其间。填充液体I和填充液体II具有不同的折射率，其密度匹配但互不相溶并彼此接触，形成两层液-液交界面。

本发明的一种实现光束大偏转角和平移的液体棱镜的工作原理图如附图2 所示。当两层液-液交界面如附图2(a)所示时，该状态下的液体棱镜实现的功能是光束的大角度偏转。入射光线首先通过入射面透明电极进入填充液体I，通过第一层液-液交界面时，由于填充液体I和填充液体II的折射率不同，光线获得了一定的偏转角度。当通过第二层液-液交界面时，由光的折射定律可知，光束会再一次往同一个方向偏转，从而实现光束的大角度偏转。当两层液-液交界面如附图2(b)所示时，该状态下的液体棱镜实现的功能是光束的平移。光线首先通过入射面透明电极进入填充液体，通过第一层液-液面时，由于填充液体I和填充液体II的折射率不同，光束获得了一定的偏转角度。当光束再次通过第二层液-液面时，由于两层液-液交界面是平行的，经过折射后光束的方向会和入射方向相同。最终的效果是光束被平移了一段距离。沿着光线传输的方向观察，该入射光束可以在r为半径的范围里精确平移，参数r是光线在一个方向上的最大平移距离。电压是连续可调的，所以光束平移的距离也是连续可调的。与传统机械式驱动的方式的液体棱镜相比，该液体棱镜具有制作难度小、驱动方式简单等优点。

优选地，棱镜外壳高度d₁≥10mm,且d₁≤32mm，棱镜外壳底面长度d₂≥5mm，且d₂≤15mm，棱镜外壳底面宽度d₃≥5mm，且d₃≤15mm。

优选地，入射面透明电极和出射面透明电极为方形且尺寸相同，入射面透明电极的边长d₄≥1.5mm，且d₄≤3.5mm，入射面透明电极的厚度d₅≥0.05mm，且 d₅≤0.2mm。

优选地，填充液体I和填充液体II的密度匹配。

优选地，填充液体I为电解质液体或离子液体，填充液体II为硅油。

优选地，该液体棱镜的驱动方式为电湿润驱动。

四、附图说明

附图1为本发明的一种实现光束大偏转角和平移的液体棱镜的结构图。

附图2为本发明的一种实现光束大偏转角和平移的液体棱镜的工作原理图。

上述各附图中的图示标号为：