自适应光学：按需聚焦的弹性体透镜

通过将光敏分子结合到弹性体基体中，研究人员创造出了一种可以通过可见光进行动态重塑的透镜。大多数的可调谐透镜依靠特殊的光刻图案来操纵光线，但有些自然系统（如人眼）可以通过折射率的变化来调节焦距。意大利都灵理工大学的Emiliano Descrovi及其同事开发出了一种柔韧的光学元件，可通过激光束写入来传递折射率梯度。研究小组发现，偶氮聚合物（在光照刺激下可扩展和定向转换的化合物）经精确照射后可以在聚二甲基硅氧烷基底内产生可预知的抛物线型折射率变化，其最大值能达到0.4％。他们的成像实验证实了通过控制激光照射时间来逐渐增加这种新型透镜焦距的可行性。

摘要

在许多光学应用中，对可动态调谐的光学元件的需求日益增加，这些光学元件能够根据需要形成想要的光的波阵面。在这篇文章中，我们演示了一种易于制造的弹性体光学元件，其透射功能可以通过可见光进行可逆的相位配置。利用结合在弹性体基体内适量的偶氮聚合物的光敏感性，可以在基体内诱导形成光控渐变折射率（GRIN）分布。被诱导形成的折射率分布是连续的，并且与中等功率照明下的光强度分布一致。在弹性体基体中，焦距为650μm的100mW双倍频Nd：YAG高斯光束最大可引起0.4％的相对折射率变化，并且这种相对折射率分布具有近似抛物线的轮廓。当入射激光关闭时，弹性体基体的恢复特性能够在几秒钟内完全恢复初始的均匀折射率分布。一个典型的应用，可配置的GRIN元件可以被用在显微镜的成像系统中，作为有效焦距的光控制元件。

（a）PDMS-pDR1M样品的示意图和实际照片，展示了“写入”光束和其在弹性体基体内产生的光致密度变化效应。（b）交联的PDMS-pDR1M化合物的吸收光谱。“写入”光束和“探测”光束的光谱位置分别由绿色虚线和红色虚线表示。

图1：光敏弹性体

（a）在关闭“写入”光束状态下，样品顶部图案的白光图像。 （b）在打开“写入”光束（40mW）状态下，样品顶部图案的白光图像。样品顶部的两个图案被一个1mm厚的载玻片纵向分离。 （c）由放置在z =0mm处的物镜（焦距20mm）（绿色双箭头）和放置在z=10mm处的PDMS-pDR1M GRIN元件（黄色双箭头）组成的成像系统的光线追踪模拟。

图2：可调焦距显微镜

（a）基于2″双凸透镜的4-f成像系统示意图。 （b）卤素灯（1）单独照明：悬臂阵列处于焦点位置（散射光）。 （c）卤素灯（1）和（2）共同照明：关闭“写入”光束时，悬臂阵列处于焦点位置（散射光），而幅度掩模处于离焦状态（透射光）。 （d）卤素灯（1）和（2）共同照明：打开“写入”光束，PDMS-pDR1M镜片经“写入”光束照射后，悬臂阵列处于离焦状态（散射光）而振幅掩模处于焦点位置。

图3：低倍率白光成像系统

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