MIT 科学家发明复合液滴微型透镜，可放大成像并控制光折射

aizixun8

水滴是天然的凸透镜。通过一滴水，整个世界在你眼前变得颠倒扭曲，就像你在水晶球中看到的一样。

最近，麻省理工学院的科学家利用水滴的这一特性，发明了一种由复合水滴制成的微透镜，其直径只有人类头发丝那么大。研究结果上周发表在《自然通讯》上。

这种微透镜实际上是一个液滴，由两种不相容的溶液组成。一种液体包裹在另一种液体中，就像油滴浸入水滴中一样。最简单的形式是，液滴还可以将周围的物体放大成图像，研究人员甚至可以调整液滴的光折射，类似于改变显微镜的焦距。通过结合光学和化学，他们精确控制了内部和外部液滴之间的界面弧度。这个接口就是这个液体显微镜的“镜头”。

麻省理工学院机械工程系助理教授科勒表示：“液体具有丰富多彩的光学特性，可以将它们制成各种几何形状的液体透镜。我们还可以调整这些透镜，改变它们的曲率，从而改变焦距。”他们的应用将非常广泛。”

例如，可调微透镜可以用作 3D 显示器中的液体像素，将来自屏幕的光引导到特定角度，从而产生随视角变化而变化的 3D 图像。他还设想采集血液样本并将其通过口袋大小的中空便携式微透镜。镜头中的液滴矩阵从不同角度捕获样本图像，然后可以恢复出血细胞的三维图像。 “我们希望利用复合液体微透镜的可成像和可调特性，以前所未有的方式进行成像，”科勒说。

双乳胶滴从聚光结构转变为光散射结构

Kolle 团队的工作以研究为基础。 2015年，该团队发明了一种制造和调节复合液滴的新方法，使他们能够改变液滴的大小和成分——例如将油珠包裹在水中，然后浸入水中。 Kolle 使用相同的技术制造液体镜片。

他们找到了两种互不相溶、折射率不同的透明液体（光进入折射率不同的介质时，传播速度会发生变化，这是折射的基本原理），将它们放入小瓶中加热。当两种液体达到一定温度时，它们开始混合。此时，添加含有表面活性剂（可以降低表面张力的分子）的水溶液。这些液体混合得很快，微小的乳胶滴就足够了。液体冷却后，液滴中的不同液体迅速分离，成为液滴内含有液滴的微透镜。

为了控制液滴的光学性质，表面活性剂的比例和浓度必须合适。在这个实验中，他们选择了一种对光非常敏感的表面活性剂。这种分子在紫外线照射下可以改变形状，从而改变液滴和包裹在其中的液滴的张力，从而改变液滴之间的距离。专注能力。

液滴中的两种液体以1:1的比例混合，红色部分的折射率稍高，相当于一个透镜。不同的界面曲率有不同的焦距，可以使光聚焦（I），让光平行通过（V），或漫射光（VIII）

“我们可以控制许多方面的属性。例如，我们可以改变液滴的焦点，我们可以改变形状以选择特定的入射光角度，或者将激光束聚焦在特定方向上，”科勒说道。 “它可以展示你在光导和光波裁剪领域的才华。”

为了测试微透镜的特性，科勒和他的同事进行了许多实验。他们将液滴注入一个中空容器中，并在顶部放置一个刻有笑脸的模板。然后打开紫外灯，光线穿过模板的笑脸空腔，激活下面液滴中的表面活性剂。这些水滴原本平坦的表面变得弯曲，光线被散射到其他地方，留下笑脸形状的黑暗区域。其他没有受到紫外线照射的区域仍然保持平坦的界面，光线可以直接穿过。

在紫外线照射区域，液滴的内部界面变得更加弯曲，并且更能够散射光

研究人员还描述了使用微透镜制造便携式显微镜的想法。他们建议在该设备上涂上一层微透镜。每个微透镜都可以捕获在其旁边流动的小物体（例如血细胞）。膜上的每个微透镜从不同角度对血细胞进行拍照，最终还原血细胞的三维图像。照片。

每个微透镜以不同的角度捕捉物体的图像，最终生成物体的三维图像。

“整个系统就像你钱包的大小，”科勒说。 “添加一些电路，您就拥有了一个小型 3D 显微镜，您可以使用它轻松测试流经它的血液并将结果可视化，”

他还设想了涂有微透镜的大屏幕，可以将光线折射到特定方向。 “或许我们也可以将大屏幕上的一部分信息引导到一部分人群，将另一部分信息引导到另一部分人群？”

“这是一个疯狂的想法，但并非不可能，”科勒说。