受自然光学系统(如人眼、鸬鹚眼睛等)启发而产生的液体透镜技术通过改变表面形貌实现焦距改变,可在较小体积下获得较大变焦能力。为移动电子设备、微型手术等空间受限情况下的变焦光学系统提供了解决途径,受到学术界和产业界的极大关注。近年来,部分仿真结果显示:液体透镜表面为非球面,通过改变薄膜厚度可调控液体透镜表面形貌。然而尚未有实验研究液体透镜形变过程的详细报道。其主要原因是:(1)非均匀薄膜的精准制备问题,以及非均匀薄膜与液体透镜的集成工艺尚未解决;(2)非接触式非球面面型检测亦是一个难题。本论文通过解决上述问题,实现了基于非均匀薄膜的液体透镜制作与表面形貌动态检测。理论上,利用有限元分析软件(Comsol Multiphysics)建立了二维轴对称的透镜薄膜模型,系统研究了平凸、平凹和均匀薄膜在变焦过程中的非线性形变过程。实验上,用旋涂和浇注技术制备了非均匀弹性薄膜,并用表面改性和键合技术制备和封装液体透镜。用光学相干断层扫描技术(optical coherence tomography,OCT)非接触式动态测量液体透镜表面的形貌变化。仿真和实验结果表明,液体透镜曲率增大时,圆锥常数趋于稳定值。薄膜结构直接影响液体透镜表面形貌。调节薄膜厚度,使薄膜厚度随径向增大时,圆锥常数减小。因此,通过设计薄膜结构可调控液体透镜的表面形貌。对于单个液体透镜,光线追迹仿真(ZEMAX)分析表明,在相同形变量的前提下,曲率半径25mm的平凹薄膜具有相对较好的成像质量。本研究可以为基于液体透镜的变焦系统设计,成像质量分析和优化提供参考。