Учёные с Филиппин придумали оригинальный способ создания настраиваемых жидкостных линз на основе воды, которые, по их словам, могут использоваться в качестве доступных и недорогих импровизированных систем линз в классах и лабораториях.
«Это было вдохновлено естественной формой капли воды на плоской поверхности, которая напоминает плоско-выпуклую линзу», — пишут исследователи в статье, описывающей их метод в журнале Results in Optics.
«Мы изменяем размер и кривизну капель, меняя их объём, что приводит к изменению эффекта фокусировки».
Традиционные стеклянные линзы имеют фиксированную кривизну, поэтому они преломляют свет определённым образом. Изменить фокусное расстояние камеры или микроскопа можно только путём наложения линз и изменения расстояния между ними.
Но жидкостные линзы можно настраивать без каких-либо движущихся механических частей, что означает, что они могут быть маленькими и лёгкими. Это часто достигается путём изменения формы герметичного кармана с жидкостью — с помощью давления или электричества — чтобы изменить способ преломления света и, следовательно, фокусное расстояние.
Но традиционные подходы к созданию таких динамических жидкостных линз часто сложны и дороги.
Экспериментальная установка, разработанная исследователями из Университета Атенео де Манила, состоит из стеклянной пластины, покрытой электропрядёными микроволокнами ПВХ (вставка). Исследователи смогли наблюдать влияние объёма капли воды на её оптические свойства, в частности на её увеличительную способность. Понимая эту взаимосвязь, они могут лучше контролировать и настраивать жидкостную линзу в соответствии с потребностями конкретного применения.
Новый простой подход заключается в покрытии обычной стеклянной пластины поливинилхлоридом (ПВХ) с помощью процесса, называемого «электропрядением». Этот процесс включает в себя плавление ПВХ в электрическом поле, которое растягивает его в тонкие микроволокна, которые затем наносятся на стеклянную пластину.
Это делает поверхность более водоотталкивающей (гидрофобной), что помогает капле сохранять сферическую форму купола, а не расплющиваться. Исследователи пропускали лазерный луч через каплю и обнаружили, что могут изменять её фокусное расстояние, просто добавляя больше воды.
«Фокусное расстояние увеличивается линейно с увеличением размера капли», — пишут они.
При увеличении объёма капли с 5 микрометров (мкл) до 60 мкл фокусное расстояние также увеличивается с 1,3 мм до 7,6 мм.
Исследователи утверждают, что их простая система может создавать множество выпуклых линз с различным фокусным расстоянием путём простого изменения объёма и формы капли.
«Хотя представленная здесь система может иметь ограниченную динамическую настраиваемость и usability [удобство использования], её можно применять в простых экспериментах во время обсуждения в классе и в открытых оптических системах», — пишут они.
«Предлагаемый дизайн может использоваться в качестве доступной и недорогой импровизированной системы линз в простых оптических экспериментах лабораторного масштаба».
«Это также может служить базовым доказательством концепции при производстве более продвинутых и сложных динамических жидкостных линз на основе объёма воды».