Линзы состоят из двух слоёв жидкокристаллических структур и могут применяться в различных областях: от оптических соединений до дополненной/виртуальной реальности и оптических вычислений.

Руководитель исследовательской группы Фань Фань из Университета Хунань в Китае отмечает, что большинство устройств на основе жидких кристаллов изготавливаются из однослойных структур. Это ограничивает модуляцию светового поля. Исследователи же использовали двухслойные структуры, чтобы реализовать более сложную и функциональную модуляцию падающего света.

Исследователи в журнале Optics Letters показали, что новые бифокальные линзы можно использовать для поляризационной и краевой визуализации.

Поляризационная визуализация повышает контрастность изображения, а краевая — выделяет контуры объектов, облегчая восприятие мелких деталей.

Фань рассказал, что бифокальные линзы в устройствах виртуальной или дополненной реальности обычно используются для регулировки расстояния до экрана. Это помогает преодолеть зрительный дискомфорт и напряжение глаз.

Созданный механизм управления светом может быть использован и для других оптических устройств, включая голографические устройства и генераторы лучей, а также для оптической обработки изображений.

Вдохновение для нового дизайна

Создание многослойной бифокальной линзы было вдохновлено развитием многофункциональных голографических устройств.

Фань говорит:

Мы разработали множество методов повышения информационной ёмкости таких устройств, в том числе на основе многослойных структур. Подумали, что этот тип структуры может быть полезен не только для голографических дисплеев, и попытались расширить сферы его применения.

Некоторые бифокальные линзы создают различные фокусные точки в зависимости от поляризации падающего света.

Новые двухслойные бифокальные линзы могут разделять левосторонний циркулярно поляризованный свет на два сфокусированных пучка: с левосторонней и правосторонней циркулярной поляризацией. Также они быстро изменяют интенсивность очагов в ответ на внешнее напряжение, тогда как ранее разработанные бифокальные линзы для этого требовали механического вращения волновой пластины.

Исследователи убедились, что функция распределения точек бифокальной линзы соответствует теоретическим расчётам. Поэтому они использовали линзу в системах формирования изображений для поляризационной и краевой визуализации.

При поляризационной визуализации расстояние между двумя очагами большое — 2 миллиметра. При краевой визуализации оно небольшое — 0,03 миллиметра, но интенсивность света в двух фокусных точках одинаковая. Бифокальная линза хорошо справляется с обоими типами визуализации.

Расширение сферы применения

Исследователи работают над созданием более универсальных устройств на основе бислойных структур для разных научных целей. Чтобы применять эти оптические компоненты, нужно снизить стоимость их производства, сделать их адаптируемыми к разным условиям и разработать технологию быстрого и точного совмещения слоёв.

Фань отмечает, что это исследование показывает большой потенциал бислойных структур в оптических устройствах и преимущества жидкокристаллических устройств в электрической перестройке. Учёные надеются создать ещё более совершенные приложения с использованием этих свойств.