Ученые Тюменского государственного университета разработали уникальную систему, которая повысит качество изображения и скорость работы жидких линз, востребованных в различных областях науки и техники. Результаты опубликованы в журнале «Applied Physics Letters».

Laser-actuated optofluidic diaphragm capable of optical signal tracking

We present a laser-actuated adaptive optical diaphragm that is capable of aligning the disturbance of the coaxiality of the optical signal and the plane of aperture. The diaphragm consists of two layers of immiscible liquids, where the bottom layer absorbs a pumping laser beam and transmits an optical signal, while the upper layer transmits the pumping laser beam and stops the optical signal. The operating principle is based on creating the circular thermocapillary rupture of the upper layer by Marangoni forces induced by heating with the pumping laser beam. The thermocapillary rupture serves as an aperture of the diaphragm. The aperture diameter at a fixed power of the laser beam depends on the upper layer thickness and reaches diameters up to two times larger in comparison with diaphragms operating on electrowetting and dielectrophoresis. The aperture tuning ratio is 100%. By shifting the pumping laser beam in the plane of the diaphragm, the aperture can be displaced for a distance up to a few of its radii.
https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5063961

Жидкая диафрагма, созданная в лаборатории фотоники и микрофлюидики ТюмГУ, позволит регулировать величину проходящего через нее света в большем диапазоне, чем удается аналогичным системам. Вплоть до полного перекрытия светового потока, что прежде не удавалось никому.

Кроме того, система позволяет регулировать апертуру (способность оптического устройства собирать свет и противостоять размытию изображения) в реальном времени, что также раньше было невозможно, поскольку диафрагмы для жидкой оптики крайне чувствительны к колебаниям температуры и механическим воздействиям.

Диафрагма состоит из двух несмешивающихся жидкостей — глицерина и гексадекана. Лазерное управление позволяет отслеживать смещение оптического сигнала и компенсировать различные возмущения среды, сохраняя четкость и стабильность изображения.

«Лазер создает источник тепла между слоями, в результате чего в верхнем слое образуется термокапиллярный разрыв, обусловленный эффектом Марагони. Этот разрыв и служит регулятором апертуры», — пояснил руководитель лаборатории, доцент кафедры радиофизики ТюмГУ Наталья Иванова.

Внедрение жидких линз приведет к уменьшению размеров оптических систем, что востребовано в таких сферах, как медицина, микробиология, лазерная диагностика, навигация, передача информации и многих других.

Жидкие линзы, в отличие от «твердых» аналогов, позволяют получать более четкое изображение, а их фокусировка происходит быстрее и не приводит к износу линзы. Одним из первых идею применения жидкостей для построения оптических элементов с управляемыми характеристиками выдвигал Исаак Ньютон.

В 2016 году эта же исследовательская группа синтезировала раствор, который при облучении светом работает как плоско-выпуклая линза, а в 2017 году они разработали способ бесконтактного захвата и перемещения микро- и наночастиц, который позволяет манипулировать сотнями и тысячами частиц одновременно.

Источник: https://ria.ru/20191031/1560391827.html