新的液晶技术将创造新的光学元件

真空中单壁碳纳米管周围电场的模拟。蒂姆·威尔金森博士来自剑桥大学工程系光子学研究小组取得了令人振奋的突破。他将液晶与垂直生长的碳纳米管结合起来，创造出一种可重构的三维液晶装置结构。

这为控制液晶分子提供了全新的方法，使液晶可以向不同方向移动，从而产生透镜阵列等光学元件。这项技术仍处于发展的早期阶段，但最近的试验表明，在自适应光学系统中存在潜在的应用，如验光术中使用的波前传感器、数字摄像机、光学扩散器和新兴的平视显示设备。

液晶(LC)分子的形状是这样的，如果放在一个细胞中，它们会自然地彼此对齐，形成一个光学活性像素。在显示设备中，液晶像素被用来改变通过它的光的偏振，这种变化的程度(看对比度)是通过在电池顶部和底部的电极上施加电压来实现的。施加的电压使LC分子在电池中旋转，并改变它们相对于通过电池的光的方向。这种细胞的几何结构限制了光与液晶分子在二维平面上相互作用的方式。如果我们在下电极上添加一个三维元件，我们就可以改变电压与LC分子相互作用的方式，从而形成一个三维光学结构。一个简单的例子显示在右上角的图像，其中一个细的导电棒被添加到下电极，以创建一个高斯电场剖面，形成一个微小的微透镜在LC材料。有了许多杆，就有可能制造出焦距随外加电压变化的微透镜阵列。这种可重构阵列在自适应光学系统和三维全息显示中有许多用途。

谈到他的工作，蒂姆说:“我的想法是结合两种成熟的技术，液晶和纳米技术，制造一种新的混合设备。LCs能够创建可重构的光调制器(例如在液晶设备(LCD)中被视为2D像素)，垂直生长的多壁碳纳米管(MWCNT)作为一个3D电极结构。在传统的LC设备(如显示屏)中，像素电极位于LC的上下，可以用简单的方式进行切换。在混合装置中，下电极是生长在硅上的多壁碳纳米管，它从表面伸出到第三维。这也是一个更复杂的电场剖面，它反过来在LC层中创建了一个更复杂的3D折射率剖面。因此，我们可以用一个非常简单的器件结构和外加电压来转换它来制作非常复杂的光学元件。

“例如，当下电极表面的MWCNTs都以相同的电压连接和切换时。在每个碳纳米管电极周围产生的电场分布呈高斯分布，在LC层中形成高斯折射率分布。从光学上看，这就像一个以每个碳纳米管为中心的微小透镜，因此对于间隔10µm的碳纳米管阵列，我们最终得到间隔10µm的微透镜阵列。通过改变施加在碳纳米管上的电压，我们可以打开和关闭微透镜，也可以改变它们的焦距。这种可切换微透镜阵列有许多应用，如自适应光学系统中透镜的自聚焦能力是很重要的，或作为头戴显示系统中的主动扩散器。

“更重要的是，这一突破改变了我们创造液晶设备的方式。它允许我们在调制特性的设计中加入3D元素。如果我们用单独的电压来处理每一个碳纳米管，那么我们就可以建立更复杂的3D折射率剖面，类似于你在完整的3D摄影记录全息图中看到的折射率剖面。然而，LC/CNT设备的不同之处在于，全息图可以动态改变，就像你在LCD上改变图像一样。这使得使用这种技术可以建造全3D显示器。”

欧洲杯猜球平台关于这项研究的文章发表在《EuroPhotonics贸易杂志》(2008年8月)、《先进材料》和《先进成像杂志》(2009年1月)上。欧洲杯足球竞彩