新型可调超声波液晶光扩散器为下一代室内照明铺平了道路

光对人类生活至关重要，这一点并不奇怪。自从发现火以来，人类已经开发出各种人造光源，例如白炽灯、煤气灯、放电灯和发光二极管 (LED)。室内人造光的分布和强度是影响我们有效学习和工作能力以及影响我们身心健康的重要因素。

因此，现代人造光源的设计都考虑到了这些心理因素，以实现最佳的美感。LED 是人造光领域的最新创新，由于其高效率，为环保照明系统的发展做出了贡献。然而，它们往往比传统光源更小，因此需要使用扩散器将光线散布到更大的区域。

传统的光扩散器具有周期性表面轮廓、周期性折射率分布或光散射层，可将光引导和扩散到特定方向。这些扩散器的光学特性可以在制造过程中进行定制，以满足特定要求。

但是，这些特性一旦制成，就无法改变，包括扩散方向性，即透射光分布的方向。安装后控制扩散方向性的一种方法是机械地移动光学部件，但这会增加设备的尺寸。无需使用机械部件即可控制扩散方向性的扩散器很少见。

在一项新的研究中，同志社大学理工学院的 Daisuke Koyama 教授和研究生 Yuma Kuroda 先生和 Ryoya Mizuno 先生开发了一种创新的可调超声波液晶 (LC) 光扩散器。

Koyama 教授解释道：“我们的超声波液晶光扩散器基于非同轴谐振弯曲振动的产生，可控制液晶层的分子取向和折射率分布，从而控制扩散角度和方向。它结构薄而简单，没有机械运动部件。”

2024 年 7 月 4 日发表在《科学报告》杂志上的一项研究详细介绍了他们的设备。

超声波液晶扩散器由夹在两个玻璃盘之间的向列液晶层和超声波压电换能器组成。换能器的电极在扩散器内呈圆形分布。向换能器施加连续的反相正弦信号会在玻璃盘上产生超声波振动。

当此振动的频率与液晶光扩散器的共振频率相匹配时，会在各种频率的液晶层上产生非同轴共振弯曲或弯折振动模式。

这会导致液晶层、玻璃盘和周围空气之间的声能差异，从而在液晶层和玻璃盘边界处产生声辐射力。这种效应会改变液晶层的分子取向，从而改变透射光分布。通过改变施加输入电压的电极，可以轻松旋转分子取向的方向，从而旋转扩散方向性。

研究人员研究了该器件的扩散特性，发现扩散角取决于输入电压幅度，在 16 V 时达到最大值。高于此电压幅度时，扩散光会变得不稳定。此外，透射光分布取决于入射光的偏振。

Koyama 教授表示：“能够控制扩散方向性的光扩散器可以降低能耗，并使用户能够根据自己的喜好调整光线分布，从而获得更好的美感。我们的设备是基于液晶材料的超声波可控光学扩散器的第一份报告，使用户可以在小空间内控制扩散方向性。”

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