文献综述（或调研报告）：
对液晶透镜的研究已经进行了近40年。这种器件最早由Claude Bricot等人于1977年提出，该透镜器件可通过加电实现焦距变化，然而当时仅作为一个光学投影仪中的子模块，并未单独提出。
专门研究焦距可调液晶透镜的文章由Susumu Sato首次于1979年发表，作者设计了平凹和平凸两种液晶盒结构，并分析了它们的工作原理[1]。通过控制液晶透镜上施加的电场，可以使透镜内液晶偏转，从而使透镜焦距可以在两个焦距之间切换。在实验中，Susumu Sato等人发现液晶层的厚度会影响液晶透镜的性能。对此种具有不均匀液晶盒结构的透镜进行的研究十分有限，且大多数研究仅限于改变了器件的组成材质。在2014年，Milton HE等人提出了将器件的衬底替换为塑料衬底的设计[2]。在2015年，Syed IM等人则提出了使用负向液晶的设计[3]。负向液晶的设计改变了液晶分子特性，从而改变了液晶分子得排列结构，使得普通液晶透镜在不加电情况下具有得排列的等同于负向液晶设计中加电情况下得排列，使得液晶透镜加电后的焦距变化特性与传统透镜相反。2018年，Sarabjot K等人提出了使用导电性能更好的石墨烯材料来取代衬底上导电ITO材料的方案[4]。
在1984年，Stephen T. Kowel等人提出了新的方案：通过电场精确控制液晶角度，以实现在平面液晶层上折射率的变化[5]。通过在立方体液晶盒上制成一系列平行电极，在这些电极上施加抛物线形式分布的电压，液晶盒表现出了柱面透镜的特性。将四个这样的液晶盒级联，可以实现一个抛物面透镜的功能。但是实验中出现了包括串扰在内的很多瑕疵，Stephen T. Kowel等人认为是制造工艺限制了透镜的性能，如果能够应用更加精密的工艺，达成更加密集的电极排布，预计会达到更好的效果。Chiu CW等人于2008年提出了一种由电极控制液晶透镜，透镜原理与Stephen T.Kowel类似，使用同心圆电极而非平行电极。通过控制每个环上的电压从而产生类似抛物线型的电压分布[6]。Liwei Li于2011年设计了具有多个环状电极的液晶透镜，实现了大孔径(约2mm)液晶透镜。使用ITO实现圆环电极，并在电极间使用ITO连接，电极ITO负责对液晶层施加电场，连接ITO负责在电极间产生压降[7]。通过制备超过两百个环状电极，Liwei Li等人成功的在单层液晶上直接实现了一个抛物面分布的电场，但此种方法只能够在空间上近似产生抛物面电场，为了使成像效果更好，Liwei Li等人于2012年提出了环形电极间增加浮栅电极的方案，浮栅电极浮于相邻的两个电极之间[8]。在这种结构下，两电极上的电压会同时作用于浮栅电极，使浮栅电极上产生等于两电极上电压之间的电压值，从而对两相邻非浮栅电极之间空白位置下的液晶分子产生一个电压，使其偏转。这种设计使近似产生的抛物面更为平滑，改善了成像效果。
Alexander F. Naumov等人在1998年提出了一种被称作模式控制的设计思路：液晶层上制出了一层高阻层，并对高阻层施加电压。整个电路的状态基本等效为一系列电阻串联电容并联的混联RC网络。根据Alexander F. Naumov之前提出的模式控制原理，当施加电压时，高电阻层的有效阻抗和夹在液晶层电容无功阻抗形成分布式分压器会使液晶层上电压呈抛物面分布，使液晶层具有抛物面分布的折射率，从而实现透镜的效果，这类透镜被称为模式控制型透镜[9]。此后不断有人尝试改变高电阻层材料，以改进透镜的性能，在2016年，Hassanfiroozi A设计了以一氧化铌材料为高电阻层的模式控制型透镜，设计中使用多层结构设计增大了一氧化铌层的电阻，且电极并不共圆心[10]。同年，Galstian T等人尝试使用具有10MOmega;/sq的氧化银合金材料作为高阻层，制备了孔径2.5mm的液晶透镜[11]。
Nose T等人于1991年提出了圆孔型电极的设想[12]。使用导电材料制成一个带有圆孔型的图案的电极，当施加电压时，可以使电场在中心附近区域呈现抛物面分布，从而使液晶在中心附近区域呈现抛物面的角度和折射率分布，表现出透镜特性。2002年，Ye M等人尝试了扩大圆孔的尺寸，并试制成功了具有7mm孔径的液晶透镜[13]。为了解决厚度过大导致的响应时间过长的问题，Pishnyak O等人于2006年提出了一种双层液晶透镜的设计，以减小单层液晶的厚度，从而减少响应时间[14]。使用两个具有圆孔状图案电极的液晶透镜，具有圆孔的面相对，进行级联，制成双层透镜。对上下层透镜分别施加不同电压，在空间中组成一个完整的抛物面电场分布。
为了使液晶透镜可以运用于光学实验中的光束调制，Kawamura MITOY提出了一种将孔状电极分为两半的结构，可以单独控制两测电极达成控制电场形状的目的，从而实现对液晶分子排布的精确控制[15]。这种透镜的工作原理于圆孔型液晶透镜基本相同，但是将原本完整的带有圆孔状图案的电极一分为二，通过控制两部分的电压，可以调整圆孔状电极下产生的抛物面电场的指向，从而改变液晶分子形成的透镜的指向，以达到对光束进行控制的功能。这种设计同时也提高了液晶透镜的屈光力和有效孔径大小。Hsu CJ等人于2016年更进一步的提出了带有浮栅电极的大孔径液晶透镜设计，通过在电极分隔开的部位加入浮栅电极，实现了对电场的重新排布[16]。这种设计提升了带有圆孔状电极在被多次分割后的显示效果，填补了分离产生的空白部位处的电压。而在2018年，Beeckman J等人进一步改进了设计，在加入浮栅电极的基础上，加入了高介电常数层，进一步提升了器件的性能[17]。
参考文献：
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