<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1299393</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2023.1299393</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Spectral characterization of optical aberrations in fluidic lenses</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Puentes and Minotti</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fphy.2023.1299393">10.3389/fphy.2023.1299393</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Puentes</surname>
<given-names>Graciana</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1291581/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/data-curation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/funding-acquisition/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/project-administration/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/validation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Minotti</surname>
<given-names>Fernando</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2518338/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/validation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/visualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Departamento de F&#xed;sica</institution>, <institution>Facultad de Ciencias Exactas y Naturales</institution>, <institution>Universidad de Buenos Aires</institution>, <addr-line>Buenos Aires</addr-line>, <country>Argentina</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>CONICET-Universidad de Buenos Aires</institution>, <institution>Instituto de F&#xed;sica de Buenos Aires (IFIBA)</institution>, <addr-line>Buenos Aires</addr-line>, <country>Argentina</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<sup>3</sup>
<institution>CONICET-Universidad de Buenos Aires</institution>, <institution>Instituto de F&#xed;sica Interdisciplinaria y Aplicada (INFINA)</institution>, <addr-line>Buenos Aires</addr-line>, <country>Argentina</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/889956/overview">Sergejus Orlovas</ext-link>, Center for Physical Sciences and Technology (CPST), Lithuania</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1869008/overview">Francisco Jose Torcal-Milla</ext-link>, University of Zaragoza, Spain</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2541981/overview">Lakshminarayan Hazra</ext-link>, University of Calcutta, India</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Graciana Puentes, <email>gpuentes@df.uba.ar</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>16</day>
<month>02</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>11</volume>
<elocation-id>1299393</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>22</day>
<month>09</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>20</day>
<month>11</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2024 Puentes and Minotti.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Puentes and Minotti</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>We report an extensive numerical study and supporting experimental results on the spectral characterization of optical aberrations in macroscopic fluidic lenses with tunable focal distance and aperture shape. By using a Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensor, we experimentally reconstruct the near-field wavefront transmitted by the fluidic lenses, and we characterize the chromatic aberrations in terms of Zernike polynomials in the visible range. Moreover, we further classify the spectral response of the lenses using clustering techniques, in addition to correlation and convolution measurements. Experimental results are in agreement with numerical results based on our theoretical model of the nonlinear deformation of thin elastic membranes.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>adaptive optics</kwd>
<kwd>fluidic lenses</kwd>
<kwd>wave-front sensing</kwd>
<kwd>spectral aberrations</kwd>
<kwd>Zernike polynomials</kwd>
<kwd>assisted vision</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">PICT 2015 0710</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">Agencia Nacional de Promoci&#xf3;n de la Investigaci&#xf3;n, el Desarrollo Tecnol&#xf3;gico y la Innovaci&#xf3;n<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100021778</named-content>
</contract-sponsor>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Optics and Photonics</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>One of the most common ocular disorders worldwide, and the main cause of visual impairment in children, is myopia. Elongation of the axial length in the eyes, which characterizes medium and high levels of myopia, can increase the risk of severe ocular pathologies, potentially leading to irreversible blindness. Most traditional adaptive eye-wear based on fluidic lenses aim to correct refractive errors requiring medium dioptric power, such as mild myopia, hyperopia, and other focus errors [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. On the other hand, refractive errors other than focus, including coma, astigmatism, and higher-order aberrations, are usually treated <italic>via</italic> astigmatic corrections [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>], which are more difficult to achieve with standard fluidic lenses. Moreover, in most cases, compounded errors are present, most commonly presbyopia with focus defects, requiring multi-focal lenses, the limited accommodation distance and highly restricted field-of-view of which can lead to high loss of visual capacity [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. Finally, patients with severe visual impairment due to glaucoma or other visual traumas require large dioptric power corrections, necessitating thick organic lenses, which are prone to high-order aberrations, in addition to being significantly unattractive and unpractical. In a previous publication [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], we presented the first macroscopic fluidic lens eye-wear prototype with high dioptric power (&#x2b;25 D to &#x2b;100 D range) with optical aberrations below a fraction of the wavelength, which can adaptively restore accommodation distance within several centimeters, thus enabling access to the entire field-of-view. The lens is made of a PDMS-type elastic polymer which can adaptively modify its optical power according to the fluidic volume mechanically pumped in. Such a liquid lens exhibits a large dynamic range, and its focusing properties are polarization-independent [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. Additionally, we demonstrated that by tuning the lens aperture, it is possible to address different optical aberrations, thus providing an additional degree of freedom for the lens design. Our design is attractive for adaptive eye-wear, in addition to cellular phones, cameras, optical zooms, or other machine vision applications where large magnification can be required [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>].</p>
<p>In this paper, we present an extensive numerical and experimental spectral study of optical aberrations in macroscopic fluidic lenses with high dioptric power, tunable focal distance, and aperture shape [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], based on an empirical characterization of the refractive index of thin elastic membranes, such as PDMS, according to the Sellmeier model [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. Using a Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensor, we experimentally reconstruct the near-field wavefront transmitted by such fluidic lenses, and we characterize the chromatic aberrations in terms of Zernike polynomials over the visible wavelength range (<italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 400&#x2013;650&#xa0;nm) by using a programmable LED source. Moreover, we further classify the spectral response of the lenses using clustering techniques in addition to correlation and convolution measurements. Experimental results are in agreement with those of our theoretical model of nonlinear elastic membrane deformation.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Theoretical model</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Inclusion of gravity effects</title>
<p>We briefly recall the model used in [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] to simulate the fluid lens surface shape without considering gravity effects. The equations used are those derived by Berger [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>] to determine the nonlinear, large deformation of thin isotropic elastic plates.<disp-formula id="e1a">
<mml:math id="m1">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e1b">
<mml:math id="m2">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1b)</label>
</disp-formula>In these equations, <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m3">
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> is the local <italic>z</italic>-displacement of the membrane, with the non-deformed state assumed to correspond to the <italic>z</italic> &#x3d; 0 plane; <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m4">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m5">
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> are the local <italic>x</italic> and <italic>y</italic> displacements, respectively; <italic>D</italic> is the membrane bending rigidity; and <italic>h</italic> is its thickness. The magnitude <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m6">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> corresponds to the applied <italic>z</italic>-load, and <italic>&#x3b1;</italic> is a constant to be determined from the same equations by imposing appropriate boundary conditions.</p>
<p>For the case of uniform load (constant <italic>q</italic>) and elliptic aperture, analytical solutions of system 1) were obtained by the method of constant deflection contour lines derived by Mazumdar [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. If the aperture in the plane <italic>z</italic> &#x3d; 0 is an ellipse of <italic>x</italic> and <italic>y</italic> semi-axes <italic>a</italic> and <italic>b</italic>, respectively, the <italic>z</italic>-displacement of the membrane is given by<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m7">
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where &#x394;<italic>V</italic> is the volume of the liquid. The variable <italic>&#x3c2;</italic> is defined as<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m8">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>and the constant <italic>&#x3b3;</italic> is related to &#x394;<italic>V</italic> by<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m9">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m10">
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We now consider the effect of gravity when the (<italic>x</italic>, <italic>y</italic>) plane of the lens aperture is vertical. In Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1a">1</xref>in the study by Berger load <italic>q</italic> has the expression<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m11">
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>q</italic>
<sub>0</sub> is the load at the lens center (<italic>x</italic> &#x3d; <italic>y</italic> &#x3d; 0), <italic>&#x3c1;</italic> is the mass density of the filling fluid, <italic>g</italic> is the acceleration of gravity, and <italic>&#x3b8;</italic> is the angle between the vertical direction and the <italic>y</italic>-axis (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>).</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Notation used in the model to include the effect of gravity on the lens surface shape.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g001.tif"/>
</fig>
<p>In the case that <italic>&#x3c1;gL</italic>/<italic>q</italic>
<sub>0</sub> &#x226A; 1, with <italic>L</italic> as the characteristic length of the lens pupil, we can treat gravity effects as a perturbation to the case with uniform load <italic>q</italic>
<sub>0</sub>, as previously obtained, and write<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m12">
<mml:mtable class="eqnarray-star">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>with <italic>w</italic>
<sub>0</sub> and <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>0</sub> corresponding to the solution of the case with <italic>q</italic> &#x3d; <italic>q</italic>
<sub>0</sub>. Linearization of Eq.<xref ref-type="disp-formula" rid="e1a">1a</xref> in the perturbations <italic>w</italic>
<sub>1</sub> and <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>1</sub> yields<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m13">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For a clamped membrane with no pre-stretching, <italic>u</italic> &#x3d; <italic>v</italic> &#x3d; 0&#xa0;at <italic>&#x3c8;</italic> &#x3d; 0, and so the integral of the linearized version of Eq.<xref ref-type="disp-formula" rid="e1b">1b</xref> over the area <italic>S</italic>
<sub>0</sub> of the lens aperture gives<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m14">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We now consider the solution to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref> in the usual case in which the membrane forces dominate: <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m15">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x226b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. In this case, except extremely close to the membrane border, one has <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m16">
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, and so it is easy to check that the solution to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref> satisfying the boundary condition <italic>w</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; 0&#xa0;at the border of the membrane is given by<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m17">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Using expression 8) in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref>, one readily obtains <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; 0 so that the complete solution with the inclusion of gravity effects is<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m18">
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <italic>w</italic>
<sub>0</sub> is the solution previously obtained for uniform load, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref>, and the constant <italic>&#x3b3;</italic> is the one determined in that solution using Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Determination of the aberrations of the fluid lens</title>
<p>In order to determine the aberrations of a fluid lens with one plane surface, we consider a plane wavefront with normal incidence on the plane side of the membrane, taken at <italic>z</italic> &#x3d; 0 (see <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>). The corresponding rays, parallel to the <italic>z</italic>-axis of unit vector <bold>e</bold>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub>, are then refracted according to Snell&#x2019;s law when they cross the membrane curved surface at <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m19">
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. The external normal unit vector at that surface is given by (in Cartesian components)<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m20">
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where the subscripts <italic>x</italic> and <italic>y</italic> indicate derivatives with respect to the corresponding coordinate.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Notation used in the model for the ray tracing from a plane wavefront incident on the plane surface of the lens to the refracted wavefront <italic>W</italic>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g002.tif"/>
</fig>
<p>The angle <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> of the rays incident from inside the lens, relative to the external normal direction at the corresponding point of the membrane curved surface, is thus given by<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m21">
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The Snell law then determines the angle of the refracted ray emerging from the lens, also relative to the normal direction, as<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m22">
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <italic>n</italic>
<sub>
<italic>f</italic>
</sub> is the index of refraction of the filling fluid, relative to that of air.</p>
<p>The refracted ray is contained in the plane determined by the normal unit vector <bold>n</bold> and the unit vector tangent to the surface<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m23">
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>so that the ray direction is given by the unit vector<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m24">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>The explicit expressions of the Cartesian components of <bold>k</bold>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> are<disp-formula id="e15a">
<mml:math id="m25">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(15a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e15b">
<mml:math id="m26">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(15b)</label>
</disp-formula>which are functions of the point (<italic>x</italic>, <italic>y</italic>) in the plane <italic>z</italic> &#x3d; 0, at which the ray originated.</p>
<p>In this way, a generic ray starting at the point (<italic>x</italic>, <italic>y</italic>) in the plane <italic>z</italic> &#x3d; 0 inside the lens is refracted at the point <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m27">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> on the membrane surface, and after traversing in air a distance <italic>L</italic> reaches the point <bold>X</bold>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub> &#x3d; <bold>X</bold>
<sub>0</sub> &#x2b; <bold>k</bold>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>
<italic>L</italic> so that (from now on, we do not write the explicit dependence on (<italic>x</italic>, <italic>y</italic>) of <italic>w</italic> and of <bold>k</bold>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>)<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m28">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e17a">
<mml:math id="m29">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e17b">
<mml:math id="m30">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17b)</label>
</disp-formula>The phase at (<italic>x</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, <italic>y</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>, <italic>z</italic>
<sub>
<italic>L</italic>
</sub>) is thus<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m31">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>0</sub> is the phase of the front at <italic>z</italic> &#x3d; 0 and <italic>&#x3bb;</italic> is the wavelength in air.</p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">(18)</xref>, we can determine the <italic>z</italic>
<sub>
<italic>W</italic>
</sub> position of a wavefront of given phase <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>
<italic>W</italic>
</sub> as<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m32">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>to which correspond the (<italic>x</italic>
<sub>
<italic>W</italic>
</sub>, <italic>y</italic>
<sub>
<italic>W</italic>
</sub>) coordinates:<disp-formula id="e20a">
<mml:math id="m33">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20b">
<mml:math id="m34">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20b)</label>
</disp-formula>These two relations can, in principle, be solved to give<disp-formula id="e21a">
<mml:math id="m35">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(21a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e21b">
<mml:math id="m36">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(21b)</label>
</disp-formula>which, if replaced in <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">(19)</xref>, give the wavefront geometry <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m37">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>If this wavefront is analyzed at a position <italic>z</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub>, we can, without loss of generality, take this position as that of the image of the origin, <italic>x</italic> &#x3d; <italic>y</italic> &#x3d; 0: <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m38">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m39">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m40">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> so that<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m41">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>and analyze the deviation from a plane front: &#x394;<italic>z</italic>
<sub>
<italic>W</italic>
</sub> &#x3d; <italic>z</italic>
<sub>
<italic>W</italic>
</sub> &#x2212; <italic>z</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub>, which is conveniently written as<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m42">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The corresponding (<italic>x</italic>
<sub>
<italic>W</italic>
</sub>, <italic>y</italic>
<sub>
<italic>W</italic>
</sub>) coordinates are written as<disp-formula id="e24a">
<mml:math id="m43">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(24a)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24b">
<mml:math id="m44">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(24b)</label>
</disp-formula>In this way, Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">23</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e24a">24a</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e24b">24b</xref> give the wavefront geometry, analyzed at <italic>z</italic> &#x3d; <italic>z</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub>, parameterized in terms of the (<italic>x</italic>, <italic>y</italic>) coordinates on the plane at <italic>z</italic> &#x3d; 0.</p>
<p>We further model the wavefront analyzer at <italic>z</italic> &#x3d; <italic>z</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub> as having a circular aperture of radius <italic>r</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub> so that the section of the wavefront <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m45">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> to be studied is expressed as <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m46">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, with 0 &#x2264; <italic>&#x3be;</italic> &#x2264; 1, and decomposed in Zernike polynomials in polar coordinates <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m47">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>,<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m48">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>with<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m49">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We have followed the standard OSA/ANSI indexing and normalization scheme, used in the Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensor, for which the first 15-term orthonormal Zernike circle polynomials are as follows:<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m50">
<mml:mtable class="eqnarray-star">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>13</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>14</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Spectral response</title>
<p>In order to characterize the spectral response of the polydimethylsiloxane (PDMS-type) elastic membrane used to fabricate the fluidic lenses, we incorporate an empirical expression for the refractive index of PDMS Sylgard 184, as reported in [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. The refractive index <italic>n</italic>(<italic>&#x3bb;</italic>) decreases for increasing wavelength <italic>&#x3bb;</italic>, which is typical of glass and polymeric materials. For the approximation of the dispersion across the entire visible light spectrum, the Sellmeier dispersion model is used, which describes the empirical relation between the refractive index <italic>n</italic>(<italic>&#x3bb;</italic>) and the wavelength <italic>&#x3bb;</italic>, given by<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m51">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>where <italic>B</italic>
<sub>1</sub>, <italic>B</italic>
<sub>2</sub>, <italic>B</italic>
<sub>3</sub>, <italic>C</italic>
<sub>1</sub>, <italic>C</italic>
<sub>2</sub>, <italic>C</italic>
<sub>3</sub> are the experimentally determined Sellmeier coefficients. As reported in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], <italic>B</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; 1.0093 and <italic>C</italic>
<sub>1</sub> [<italic>nm</italic>
<sup>2</sup>] &#x3d; 13.185. Due to the limited number of measurement points (three wavelengths with eight measurements each), the second and third Sellmeier coefficients are set to 0 [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. A plot of the refractive index vs wavelength within the range 400&#xa0;nm&#x2013;1,500&#xa0;nm is presented in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>PDMS refractive index (<italic>n</italic>(<italic>&#x3bb;</italic>)) vs wavelength (<italic>&#x3bb;</italic>). The refractive index is obtained by experimentally determining the Sellmeier coefficients (<italic>B</italic>
<sub>1</sub>, <italic>C</italic>
<sub>1</sub>), resulting in <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m52">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, with <italic>B</italic>
<sub>1</sub>&#x3d; 1.0093 and <italic>C</italic>
<sub>1</sub> [<italic>nm</italic>
<sup>2</sup>] &#x3d; 13.185 [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>].</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g003.tif"/>
</fig>
<p>According to the theoretical model, the spectral response of the phase <italic>P</italic> (<italic>x</italic>, <italic>y</italic>, <italic>&#x3bb;</italic>) acquired by the beam upon propagation over a distance <italic>z</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> can be expressed as<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m53">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>where <italic>w</italic> is the local displacement in the <italic>z</italic>-direction and <italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub> is given by<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m54">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We performed numerical simulations of the phase acquired by the beam upon propagation over a distance <italic>z</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> &#x3d; 3.5&#xa0;cm. Numerical simulations are displayed in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. Density plots of <italic>P</italic> (<italic>x</italic>, <italic>y</italic>) for <italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 600&#xa0;nm are displayed in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4A, C</xref>. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4B, D</xref> display the corresponding contour plots. Simulations are reported for fluidic lenses with circular apertures (top row: circular aperture with horizontal and vertical axes <italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm) and for fluidic lenses with elliptic apertures (bottom row: elliptic aperture with horizontal and vertical axes <italic>a</italic> &#x3d; 1.3&#xa0;cm and <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm).</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> and <bold>(C)</bold> Density plots of acquired phase <italic>P</italic> (<italic>x</italic>, <italic>y</italic>) upon propagation over a distance <italic>z</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> &#x3d; 3.5 cm, for <italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 600&#xa0;nm. <bold>(B)</bold> and <bold>(D)</bold> Corresponding contour plots. Top row: circular aperture with horizontal and vertical axes <italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm. Bottom row: elliptic aperture with horizontal and vertical axes <italic>a</italic> &#x3d; 1.3&#xa0;cm and <italic>b</italic> &#x3d; 1.7 cm, respectively.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g004.tif"/>
</fig>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Wavefront aberrations of a single membrane</title>
<p>In order to characterize numerically the spectral response of optical aberrations and compare directly with experimental data, we expanded the wavefront aberrations of a single elastic membrane in terms of Zernike polynomials up to order 14, for a beam with wavelength <italic>&#x3bb;</italic>) in the range 400&#x2013;1,500&#xa0;nm, thus numerically characterizing the spectral response in the visible and infrared domains. Even though we analyze wavefront aberrations in terms of Zernike polynomials up to order 14, we only display those coefficients for Zernike polynomials which are not negligible, namely, <italic>P</italic>
<sub>0</sub>, <italic>P</italic>
<sub>2</sub>, <italic>P</italic>
<sub>3</sub>, <italic>P</italic>
<sub>6</sub> (for circular apertures) and <italic>P</italic>
<sub>0</sub>, <italic>P</italic>
<sub>2</sub>, <italic>P</italic>
<sub>3</sub>, <italic>P</italic>
<sub>5</sub> (for elliptic apertures). The remaining Zernike coefficients are all below 10<sup>&#x2013;14</sup>, so they are not displayed in the figures.</p>
<p>Numerical results of wavefront aberrations for fluidic lenses with circular aperture (axes <italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm) are displayed in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5A&#x2013;D</xref>, correspond to normalized Zernike coefficients for polynomials of orders <italic>P</italic>
<sub>0</sub>, <italic>P</italic>
<sub>2</sub>, <italic>P</italic>
<sub>3</sub>, and <italic>P</italic>
<sub>6</sub>, respectively. The remaining polynomials are not reported because their coefficients are negligible (&#x226a; 10<sup>&#x2013;14</sup>). Numerical results for the chromatic response of fluidic lenses with elliptic apertures characterized by ellipse axes (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm) and (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm) are displayed in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref>, respectively. <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6A&#x2013;D</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7A&#x2013;D</xref> correspond to Zernike coefficients for polynomials of orders <italic>P</italic>
<sub>0</sub>, <italic>P</italic>
<sub>2</sub>, <italic>P</italic>
<sub>3</sub>, and <italic>P</italic>
<sub>5</sub>, respectively. The remaining polynomials are not displayed because their coefficients are negligible. As it is apparent from numerical results, the dependence of wavefront aberrations is of the general form &#x7c;1/<italic>&#x3bb;</italic>&#x7c;. Moreover, spectral fluctuations in wavefront aberrations are within a fraction of <italic>&#x3bb;</italic>.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Numerical simulations of optical aberrations based on the expansion of the wavefront in terms of Zernike polynomials over the visible range <italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 400 &#x2212; 1,500&#xa0;nm, for fluidic lenses with a circular aperture characterized by axes (<italic>a</italic> &#x3d; 1.7 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm) <bold>(A)</bold>, <bold>(B)</bold>, <bold>(C)</bold>, and <bold>(D)</bold>, correspond to Zernike coefficients in [<italic>&#x3bc;m</italic>] for polynomials of orders <italic>P</italic>
<sub>0</sub>, <italic>P</italic>
<sub>2</sub>, <italic>P</italic>
<sub>3</sub>, <italic>P</italic>
<sub>6</sub>, respectively. Zernike coefficients characterizing the remaining polynomials are negligible (&#x226a; 10<sup>&#x2013;14</sup>). Further details are in the text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g005.tif"/>
</fig>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Numerical simulations of optical aberrations based on the expansion of the wavefront in terms of Zernike polynomials over the visible range <italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 400&#x2013;1,500&#xa0;nm, for fluidic lenses with an elliptic aperture characterized by axes (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm) <bold>(A)</bold>, <bold>(B)</bold>, <bold>(C)</bold>, and <bold>(D)</bold> correspond to Zernike coefficients in [<italic>&#x3bc;m</italic>] for polynomials of orders <italic>P</italic>
<sub>0</sub>, <italic>P</italic>
<sub>2</sub>, <italic>P</italic>
<sub>3</sub>, and <italic>P</italic>
<sub>5</sub>, respectively. Zernike coefficients characterizing the remaining polynomials are negligible (&#x226a;10<sup>&#x2013;14</sup>). Further details are in the text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Numerical simulations of optical aberrations based on the expansion of the wavefront in terms of Zernike polynomials over the visible range <italic>&#x3bb;</italic> &#x3d;400&#x2013;1,500&#xa0;nm, for fluidic lenses with an elliptic aperture characterized by axes (<italic>a</italic> &#x3d;1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d;1.7&#xa0;cm) <bold>(A)</bold>, <bold>(B)</bold>, <bold>(C)</bold>, and <bold>(D)</bold> correspond to Zernike coefficients in [<italic>&#x3bc;m</italic>] for polynomials of orders <italic>P</italic>
<sub>0</sub>, <italic>P</italic>
<sub>2</sub>, <italic>P</italic>
<sub>3</sub>, and <italic>P</italic>
<sub>5</sub>, respectively. Zernike coefficients characterizing the remaining polynomials are negligible (&#x226a; 10<sup>&#x2013;14</sup>). Further details are in the text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g007.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Fluidic lens prototype</title>
<p>As readily reported in a previous publication [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], the fluidic lens consists of two layers of the elastic membrane of the polydimethylsiloxane (PDMS-type). The two elastic films are held together by an aluminum frame, sealed with the elastic membrane. An optical fluid of refractive index matched to the polymer, such as glycerol or distilled water, is injected between the elastic layers. By increasing or decreasing the fluid volume mechanically injected, it is possible to tune the focal distance across several centimeters and adjust the optical power of the lens. Furthermore, we tune one additional degree of freedom, given by the shape of the aperture. By modifying the aperture shape from circular (<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8B</xref> ) to elliptical (<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8C</xref> ), we can introduce different optical corrections. The typical size for the circular lens is given by a diameter <italic>d</italic> &#x3d; 17&#xa0;mm, and the elliptic lenses have a major axis <italic>b</italic> &#x3d; 17&#xa0;mm and minor axes <italic>a</italic> &#x3d; 15&#xa0;mm and <italic>a</italic> &#x3d; 13&#xa0;mm. Please note the axes labeling used in the theoretical model is not necessarily the same as the axes labelling used in the experimental setup. Further details regarding the fabrication of the fluidic lens prototype are reported in a previous article [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>].</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Experimental scheme for reconstruction of the wavefront transmitted by the fluidic lens prototype and characterization of the chromatic response of optical aberrations using a collimated incoherent programmable LED source (ALIC Smart Life) and a Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensor (Thorlabs WFS150-5C). Scheme of the fluidic lens prototype: <bold>(B)</bold> circular aperture (horizontal and vertical axes <italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 17&#xa0;mm) and <bold>(C)</bold> elliptic aperture (horizontal axes (1,2) <italic>a</italic>
<sub>1(2)</sub>&#x3d; 15 (13) mm and vertical axis <italic>b</italic> &#x3d; 17&#xa0;mm). By tuning the aperture of the lens, it is possible to address different optical aberrations.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g008.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Experimental results</title>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Wavefront reconstruction</title>
<p>In order to characterize the chromatic response of the light field transmitted by the fluidic lenses, we reconstructed the wavefront transmitted through the lenses using a Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensor <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8A</xref> (Model Thorlabs WFS150-5C, raw experimental data can be found at our GitHub repository [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]). To this end, we used a collimated incoherent RGB LED source (RGB: red&#x2013;green&#x2013;blue). Perfect collimation of a polychromatic beam can never be achieved. Here, by collimation, we refer to the fact that we verified the beam size did not diverge significantly over large distances (3&#xa0;m or more), and we also confirmed that the wavefront impinging on the fluidic lenses was nearly a plane wavefront so that we could use the internal calibration of the Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensor, and all measured wavefront aberrations could be ascribed to the fluidic lenses themselves.</p>
<p>Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensors (SHWSs) enable analyzing the shape of an incident beam&#x2019;s wavefront by dividing the beam into an array of discrete intensity points using a micro-lens array. These data are then used to reconstruct and analyze the shape of the wavefront using Zernike polynomials. In addition to analyzing classical optics phenomena, they are increasingly employed in applications where real-time monitoring of the wavefront is required to control adaptive optics with the intent of removing the wavefront distortion before creating an image. In particular, SHWSs enable two types of wavefront characterizations. I) Direct measurement (not displayed in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>): shows the wavefront that is directly calculated from the measured spot deviations using a 2-dimensional integration procedure. II) Zernike reconstruction (left column in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>): displays the wavefront that is reconstructed using a selected set of the determined Zernike coefficients. The advantages of Zernike reconstruction are as follows: i) selecting only a few lower-order Zernike modes for reconstruction smooths the wavefront surface (noise canceling), ii) the lowest-order Zernike modes (for instance, Z0 piston, Z1 tip, and Z2 tilt) are always present, but they are of less interest. Using an appropriate reconstruction (e.g., starting from Z3) can omit the Z0, Z1, and Z3 Zernike modes in order to see only the higher-order modes. iii) If selecting particular Zernike modes, they can be displayed and analyzed separately. Difference (right column in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>): displays the difference between the I) directly measured wavefront and II) reconstructed wavefront and is therefore an indicator of the fit error.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Experimentally reconstructed wavefront using a Shack&#x2013;Hartmann sensor (Model Thorlabs WFS150-5C) and a collimated incoherent LED source. <bold>(A)</bold> Reconstructed wavefront produced by a fluidic lens with a circular aperture. <bold>(C)</bold> Reconstructed wavefront produced by a fluidic lens with an elliptic aperture. The qualitative difference in the wavefront due to the shape of the aperture is apparent. <bold>(B</bold> and <bold>D)</bold> Residual difference between measured and reconstructed wavefronts. Further details on the Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensor are provided in [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>].</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g009.tif"/>
</fig>
<p>The incident field had a residual field curvature below <italic>&#x3bb;</italic>/6. The sensor was placed 10&#xa0;cm apart from the fluidic lens, with an aperture limited by the pupil size of the sensor itself, typically 3&#xa0;mm in diameter. We reconstructed the wavefront produced by a circular fluidic lens filled with <italic>V</italic>
<sub>
<italic>max</italic>
</sub> &#x3d; 6&#xa0;mL corresponding to an optical power (OP) &#x3d; 50 D (<xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9A</xref>) and by an elliptical fluidic lens filled with <italic>V</italic>
<sub>
<italic>min</italic>
</sub> &#x3d; 4&#xa0;mL corresponding to OP &#x3d; 36 D (<xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9C</xref>). The qualitative difference in the wavefront due to the shape of the aperture is apparent. Residual differences between the measured wavefront and the reconstructed wavefront are displayed in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9B, D</xref>). Further details on the Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensor are provided in Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>].</p>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Measured Zernike coefficients</title>
<p>In order to experimentally characterize the spectral response of optical aberrations in the central region of the fluidic lens prototype, we use the experimental setup described in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8A</xref>. A collimated incoherent beam, produced by a programmable LED source (ALIC Smart Life, 14W, Luminous Flux 1400 lm, <italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 400&#x2013;1,045&#xa0;nm) propagates through the fluidic lens and is imaged by a Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensor (Model Thorlabs WFS150-5C), located at a distance of 2&#xa0;cm from the fluidic lens, in order to image the near-field wave produced by the lens. The area of the beam to be characterized is determined by the aperture of the sensor (typically 3&#xa0;mm). We verified that the transverse profile of the beam did not change significantly when tuning the wavelength of the source across the entire spectral range. Spectral characterizations in the visible range are mostly qualitative due to the broad spectrum produced by the incoherent LED source.</p>
<p>Measured aberrations in <italic>&#x3bc;</italic>m, in terms of the coefficients associated with Zernike polynomials of order 0 to 14, for red, green, and blue LED illumination are displayed in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figures 10A-I</xref>. First column: blue LED source, (A) circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), (D) elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and (G) elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Second column: green LED source, (B) circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), (E) elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and (H) elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Third column: red LED source, (C) circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), (F) elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and (I) elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm).</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>
<bold>(A&#x2013;I)</bold> Measured aberrations in <italic>&#x3bc;</italic>m, in terms of coefficients of associated Zernike polynomials of order 0 to 14, for blue, green, and red LED light. First column: blue LED source, <bold>(A)</bold> circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), <bold>(D)</bold> elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm) and <bold>(G)</bold> elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Second column: green LED source, <bold>(B)</bold> circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), <bold>(E)</bold> elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and <bold>(H)</bold> elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Third column: red LED source, <bold>(C)</bold> circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), <bold>(F)</bold> elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and <bold>(I)</bold> elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). The agreement with numerical simulations is mostly qualitative due to the spectral broadness of the LED source. Further details are in the text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g010.tif"/>
</fig>
<p>In order to quantify the agreement between experimental results and numerical simulations, we calculated the distance between measured Zernike coefficients for red&#x2013;green&#x2013;blue (RGB) wavelengths. We considered three different distance measures defined for two sets of data {<italic>a</italic>, <italic>b</italic>, <italic>c</italic>} and {<italic>x</italic>, <italic>y</italic>, <italic>z</italic>} in the following form: 1) Euclidean distance <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m55">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>, 2) Canberra distance <italic>D</italic>
<sub>2</sub> &#x3d; &#x7c;<italic>a</italic> &#x2212; <italic>x</italic>&#x7c;/(&#x7c;<italic>a</italic>&#x7c; &#x2b; &#x7c;<italic>x</italic>&#x7c;) &#x2b; &#x7c;<italic>b</italic> &#x2212; <italic>y</italic>&#x7c;/(&#x7c;<italic>b</italic>&#x7c; &#x2b; &#x7c;<italic>y</italic>&#x7c;) &#x2b; &#x7c;<italic>c</italic> &#x2212; <italic>z</italic>&#x7c;/(&#x7c;<italic>c</italic>&#x7c; &#x2b; &#x7c;<italic>z</italic>&#x7c;), and 3) Bray&#x2013;Curtis distance <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m56">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close="">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>A brief comparison between the different distance measures is in order: <italic>D</italic>
<sub>1</sub> corresponds to the &#x201c;Pythagorean distance and is the only measure that can be subject to a direct geometrical interpretation; therefore, in this sense, it is the most intuitive one. <italic>D</italic>
<sub>2</sub> and <italic>D</italic>
<sub>3</sub> distance measures are similar in essence as they are both based on the algebraic concept of norm of a vector. They differ in the normalization factor. While <italic>D</italic>
<sub>2</sub> normalizes each element of the vector independently, <italic>D</italic>
<sub>3</sub> introduces a global normalization factor, and is therefore less sensitive (larger in modulus), as can be verified in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figures 11G, J</xref>. Note that <italic>D</italic>
<sub>1</sub> is not normalized, and for this reason, it is typically larger in modulus than <italic>D</italic>
<sub>2</sub> and <italic>D</italic>
<sub>3</sub>. We did not include the Manhattan distance in this analysis because it returned practically identical results to the Euclidean distance. The usefulness of the Manhattan measure was clearly revealed when employed in clustering techniques (see Section 2.4; <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref>).</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Comparison between spectral distances between measured Zernike coefficients in <italic>&#x3bc;</italic>m, as quantified by three different distance measures, <italic>D</italic>
<sub>1</sub>, <italic>D</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>D</italic>
<sub>3</sub>, for red&#x2013;green&#x2013;blue (RGB) wavelengths. Blue markers, magenta markers, and brown markers correspond to B&#x2013;R distance, B&#x2013;G distance, and R&#x2013;G distance, respectively. <bold>(A</bold>, <bold>B,</bold> and <bold>C)</bold> depict spectral distances <italic>D</italic>
<sub>1</sub>, <italic>D</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>D</italic>
<sub>3</sub> for fluidic lenses with circular apertures, respectively. <bold>(D</bold>, <bold>E</bold>, and <bold>F)</bold> depict spectral distances <italic>D</italic>
<sub>1</sub>, <italic>D</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>D</italic>
<sub>3</sub> for fluidic lenses with elliptic 1 aperture, respectively. <bold>(G</bold>, <bold>H</bold>, and <bold>I)</bold> depict spectral distances <italic>D</italic>
<sub>1</sub>, <italic>D</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>D</italic>
<sub>3</sub> for fluidic lenses with elliptic 2 aperture, respectively. Further details are in the text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g011.tif"/>
</fig>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>
<bold>(A&#x2013;I)</bold> Experimental clusters for average Zernike coefficients (&#x27e8;<italic>P</italic>
<sub>
<italic>N</italic>
</sub>&#x27e9;) in the range <italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 400&#x2013;650&#xa0;nm, partitioned into a predetermined set of <italic>N</italic> clusters with <italic>N</italic> &#x3d; 2, 4, 6. First column: <italic>N</italic> &#x3d; 2 clusters, <bold>(A)</bold> circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), <bold>(B)</bold> elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d;1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and <bold>(C)</bold> elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Second column <italic>N</italic> &#x3d; 4 clusters, <bold>(D)</bold> circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), <bold>(E)</bold> elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and <bold>(F)</bold> elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Third column: <italic>N</italic> &#x3d; 6 clusters, <bold>(G)</bold> circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), <bold>(H)</bold> elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and <bold>(I)</bold> elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Further details are in the text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g012.tif"/>
</fig>
<p>Comparison between spectral distances for measured Zernike coefficients in <italic>&#x3bc;</italic>m, for RGB wavelengths are displayed in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>. Blue markers, magenta markers, and brown markers correspond to B&#x2013;R distance, B&#x2013;G distance, and R&#x2013;G distance, respectively. <xref ref-type="fig" rid="F10">Figures 10A&#x2013;C</xref> depict spectral distances <italic>D</italic>
<sub>1</sub>, <italic>D</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>D</italic>
<sub>3</sub> for fluidic lenses with circular apertures, respectively. <xref ref-type="fig" rid="F10">Figures 10D&#x2013;F</xref> depict spectral distances <italic>D</italic>
<sub>1</sub>, <italic>D</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>D</italic>
<sub>3</sub> for fluidic lenses with elliptic 1 aperture, and <xref ref-type="fig" rid="F10">Figures 10G&#x2013;I</xref> depict spectral distances <italic>D</italic>
<sub>1</sub>, <italic>D</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>D</italic>
<sub>3</sub> for fluidic lenses with elliptic 2 aperture. Distances are within a fraction of the wavelength, in agreement with numerical simulations.</p>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Partition into clusters</title>
<p>In order to further classify the spectral response of optical aberrations, we partitioned the data into a predetermined number of clusters (<italic>N</italic>) across the visible range (<italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 400&#x2013;650&#xa0;nm). More specifically, Zernike coefficients were partitioned into subgroups (or clusters) representing proximate collections of elements based on a distance or dissimilarity function. In particular, we consider the Manhattan distance, given by the sum of the absolute difference between the elements. Identical element pairs have zero distance or dissimilarity and are grouped into a given cluster, and all others have positive distance or dissimilarity.</p>
<p>Clustering techniques provide for a robust quantitative tool to classify large sets of data according to the distance between the elements in the clusters. This, in turn, can enable to identify emerging trends in experimental data. In addition, they can enable quantitative comparisons between experiments and numerical/theoretical predictions. Moreover, in our case, we performed clustering techniques based on an alternative distance measure, e.g., the Manhattan distance, which provided for further insights into the way in which averaged experimental data are grouped and distributed, according to the input wavelength. For instance, from the clustering analysis, one can infer that average positive and negative Zernike coefficients are typically distributed with similar probabilities, for all input wavelengths. Note that the insights provided by clustering techniques are complementary to the direct calculations of distances between elements (<xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>).</p>
<p>Experimental clusters for average Zernike coefficients (&#x27e8;<italic>P</italic>
<sub>
<italic>N</italic>
</sub>&#x27e9;) in the range <italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 400&#x2013;650&#xa0;nm, partitioned into a predetermined set of <italic>N</italic> &#x3d; 2, 4, and 6 clusters, are presented in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figures 12A&#x2013;I</xref>. First column: <italic>N</italic> &#x3d; 2 clusters. (A) Circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), b) elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and (C) elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Second column <italic>N</italic> &#x3d; 4 clusters. (D) Circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), (E) elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and (F) elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Third column: <italic>N</italic> &#x3d; 6 clusters. (G) Circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), (H) elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and (I) elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). For <italic>N</italic> &#x3d; 2, Zernike coefficients can be classified into two main clusters, corresponding to either an average positive amplitude &#x27e8;<italic>P</italic>
<sub>2</sub>&#x27e9; &#x3d; &#x2b;10 (blue dots) or an average negative amplitude &#x27e8;<italic>P</italic>
<sub>2</sub>&#x27e9; &#x3d; &#x2212;2 (orange dots). Next, for <italic>N</italic> &#x3d; 4, Zernike coefficients can be classified into four clusters, one with an average positive amplitude &#x27e8;<italic>P</italic>
<sub>4</sub>&#x27e9; &#x3d; &#x2b;15 (blue dots), one with an average negative amplitude &#x27e8;<italic>P</italic>
<sub>4</sub>&#x27e9; &#x3d; &#x2212;15 (magenta dots), and the remaining two with nearly vanishing amplitudes &#x27e8;<italic>P</italic>
<sub>4</sub>&#x27e9; &#x2248; 0 (green and orange dots). Finally, for <italic>N</italic> &#x3d; 6, Zernike coefficients are classified into six clusters, one with an average positive amplitude &#x27e8;<italic>P</italic>
<sub>6</sub>&#x27e9; &#x3d; &#x2b;20 (blue dots), one with an average negative amplitude &#x27e8;<italic>P</italic>
<sub>6</sub>&#x27e9; &#x3d; &#x2212;20 (purple dots), and the remaining four clusters with nearly vanishing amplitudes &#x27e8;<italic>P</italic>
<sub>6</sub>&#x27e9; &#x2248; 0 (green, orange, magenta, and red dots). The decreasing amplitude of the average Zernike coefficients for decreasing the number of clusters (<italic>N</italic>) can be ascribed to averaging over a broader range of amplitudes since reducing <italic>N</italic> increases the diversity of the elements.</p>
</sec>
<sec id="s4-4">
<title>4.4 Convolution and correlation</title>
<p>Convolution (CN) and correlation (CR) measurements are robust analytical tools that enable quantitative analyses of the interrelation between two experimental magnitudes, in this case Zernike coefficients vs wavelength. Specifically, CR/CN &#x3d; &#x2b;1 (-1) represents a maximal positive (negative) interrelation, while CR/CN &#x3d; 0 represents no interrelation at all. Moreover, these methods enable to identify emerging trends or salient features for specific values of the measured quantities. In addition, they enable direct contrast and comparison with other characterization methods, such as clustering techniques, and with theoretical/numerical predictions. From the CR and CN data, we can conclude that the correlation between measured Zernike coefficients and wavelength is typically medium CR/CN &#x3d; &#x2b;0.5 (-0.5), uniformly distributed between positive and negative values for all wavelengths, with no specific wavelength-dependent salient features. These results are in agreement with the conclusions obtained from clustering techniques, and from numerical predictions.</p>
<p>In both CN and CR, the basic idea is to combine a kernel list with successive sub-lists of a list of data. The convolution of a kernel <italic>K</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> with a list <italic>u</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> has the general form <italic>&#x2211;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>
<italic>K</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>
<italic>u</italic>
<sub>
<italic>s</italic>&#x2212;<italic>r</italic>
</sub>, while the correlation has the general form <italic>&#x2211;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>
<italic>K</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>
<italic>u</italic>
<sub>
<italic>s</italic>&#x2b;<italic>r</italic>
</sub>. In particular, for a kernel list <italic>K</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> &#x3d; [<italic>x</italic>, <italic>y</italic>] and list of data <italic>u</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x3d; [<italic>a</italic>, <italic>b</italic>, <italic>c</italic>, <italic>d</italic>, <italic>e</italic>], the convolution (<italic>CN</italic>) results in the combined list<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m57">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>while the correlation (<italic>CR</italic>) results in the combined list<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m58">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We calculated the convolution (<italic>CN</italic>) and correlation (<italic>CR</italic>) between the wavelength (<italic>&#x3bb;</italic>) and the measured Zernike coefficients (<italic>P</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>), where <italic>s</italic> &#x3d; 0, &#x2026; , 14 labels the polynomial order in each sub-list. We consider a kernel specified by the wavelength range <italic>K</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> &#x3d; [400, 450, 500, 550, 600, 650] in nm and a list of measured Zernike coefficients (<italic>P</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>(<italic>&#x3bb;</italic>)) in nm for each different input wavelength <italic>&#x3bb;</italic>) of the form <italic>u</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x3d; [<italic>P</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>(400), <italic>P</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>(450), <italic>P</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>(500), <italic>P</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>(550), <italic>P</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>(600), <italic>P</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>(650)]. A plot of the normalized correlation (<italic>CR</italic>) and convolution (<italic>CN</italic>) is presented in <xref ref-type="fig" rid="F13">Figures 13A&#x2013;F</xref>. Left column: <italic>CN</italic> [<italic>nm</italic>
<sup>2</sup>]. (A) Circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), (B) elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and (C) elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Right column: <italic>CR</italic> [<italic>nm</italic>
<sup>2</sup>]. (D) Circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), (E) elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and (F) elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). As a general trend, Zernike polynomials display either a positive correlation with <italic>&#x3bb;</italic> (<italic>CR</italic>/<italic>CN</italic> &#x3d; &#x2b;0.5) or a negative correlation with <italic>&#x3bb;</italic> (<italic>CR</italic>/<italic>CN</italic> &#x3d; &#x2212;0.5). Fluctuations on this trend increase as the asymmetry in the ellipse axes increases. The significant color spread indicates that there is no particular correlation, neither positive nor negative, between the Zernike order (<italic>s</italic>) and wavelength (<italic>&#x3bb;</italic>).</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>FIGURE 13</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> to <bold>(F)</bold> Normalized convolution (<italic>CN</italic>) and correlation (<italic>CR</italic>) between wavelength (<italic>&#x3bb;</italic>) and measured Zernike coefficients (<italic>P</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>). Left column: <italic>CN</italic> [<italic>nm</italic>
<sup>2</sup>], <bold>(A)</bold> circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), <bold>(B)</bold> elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and <bold>(C)</bold> elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Right column: <italic>CR</italic> [<italic>nm</italic>
<sup>2</sup>], <bold>(D)</bold> circular aperture (<italic>a</italic> &#x3d; <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), <bold>(E)</bold> elliptic aperture 1 (<italic>a</italic> &#x3d; 1.5 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm), and <bold>(F)</bold> elliptic aperture 2 (<italic>a</italic> &#x3d;1.3 cm, <italic>b</italic> &#x3d; 1.7&#xa0;cm). Further details are in the text.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1299393-g013.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="discussion" id="s5">
<title>5 Discussion</title>
<p>We have presented a comprehensive numerical and experimental study of the spectral response of optical aberrations in macroscopic fluidic lenses with high dioptric power, tunable focal distance, and aperture shape [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. Our investigation is based on an empirical characterization of the optical and material properties of thin elastic membranes, in particular of the refractive index of polymers, such as PDMS, according to the first-order Sellmeier model [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. Using a Shack&#x2013;Hartmann wavefront sensor, we experimentally reconstructed the near-field wavefront transmitted by such fluidic lenses, and we characterized the chromatic response of optical aberrations in terms of Zernike polynomials over the visible wavelength range (<italic>&#x3bb;</italic> &#x3d; 400&#x2013;650&#xa0;nm) using an incoherent programmable LED source. Moreover, we further classified the spectral response of the lenses using clustering techniques, encountering that for a predetermined number of clusters (<italic>N</italic> &#x3d; 2, 4, 6), the Zernike coefficients characterizing the spectral response can be classified in three main clusters over the entire wavelength range: a cluster with positive Zernike coefficients, a cluster with negative Zernike coefficients, and a cluster with nearly vanishing Zernike coefficients. In addition, we performed correlation (<italic>CR</italic>) and convolution (<italic>CN</italic>) measurements, finding that as a general trend Zernike polynomials display either a positive correlation with <italic>&#x3bb;</italic> (<italic>CR</italic>/<italic>CN</italic> &#x3d; &#x2b;0.5) or a negative correlation with <italic>&#x3bb;</italic> (<italic>CR</italic>/<italic>CN</italic> &#x3d; &#x2212;0.5). Fluctuations on this trend increase as the asymmetry in the ellipse axes increases. Experimental results are in agreement with our theoretical model of the nonlinear elastic membrane deformation. A complete characterization of the spectral response of optical aberrations for coherent illumination will be presented in an upcoming work.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data and numerical codes supporting the conclusions of this article will be made available by the authors upon request, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>GP: conceptualization, construction of experimental setups, data acquisition, data curation, analysis, funding acquisition, investigation, methodology, project administration, resources, validation, writing, review and editing. FM: conceptualization, formal analysis, methodology, theoretical model, software, visualization, and writing.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article. The authors declare financial support from PICT STARTUP 0710 2015 for the construction of the Shack-Hartmann Wave Front Sensor.</p>
</sec>
<ack>
<p>The authors are grateful to the Solar Energy Department (TANDAR-CNEA) and to the Laboratory of Polymers (FCEN-UBA) for assistance in PDMS membrane preparation. GP gratefully acknowledges financial support from PICT2014-1543, PICT2015-0710 Startup, UBACyT PDE 2016, and UBACyT PDE 2017.</p>
</ack>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
<p>The author(s) declared that they were an editorial board member of Frontiers, at the time of submission. This had no impact on the peer review process and the final decision.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors, and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Goss</surname>
<given-names>DA</given-names>
</name>
<name>
<surname>West</surname>
<given-names>RW</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Introduction to the optics of the eye</source>. <publisher-name>Butterworth-Hienemann</publisher-name> (<year>2001</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Keating</surname>
<given-names>MP</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Geometric, &#x201d;physical and visual optics&#x201d;</source>. <publisher-name>Butterworth-Hienemann</publisher-name> (<year>2002</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tasman</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jaeger</surname>
<given-names>EA</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Duane&#x2019;s ophtalmology</source>. <publisher-name>LLW</publisher-name> (<year>2013</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Callina</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Reynolds</surname>
<given-names>TP</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Traditional methods for the treatment of presbyopia: spectacles, contact lenses, bifocal contact lenses</article-title>. <source>Ophthalmol Clin North Am</source> (<year>2006</year>) <volume>19</volume>:<fpage>25</fpage>&#x2013;<lpage>33</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ohc.2005.09.006</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="book">
<collab>Patent Application WO2006011937A2</collab>. <source>Fluidic adaptive lens</source> (<year>2006</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hazan</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Banerjee</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mastrangelo</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Tunable-focus lens for adaptive eyeglasses</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2017</year>) <volume>25</volume>:<fpage>1221</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.25.001221</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Takayama</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Minotti</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Puentes</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Tunable fluidic lenses with high dioptric power</article-title>. <source>OSA Continuum</source> (<year>2018</year>) <volume>1</volume>:<fpage>181</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/osac.1.000181</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Puentes</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Voigt</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aiello</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Woerdman</surname>
<given-names>JP</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Experimental observation of universality in depolarized light scattering</article-title>. <source>Opt Lett</source> (<year>2005</year>) <volume>30</volume>:<fpage>3216</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/ol.30.003216</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="book">
<collab>G. Puentes Invention Disclosure Nr.20170102760</collab>. <source>Adaptive fluidic lenses for subnormal vision segment</source> (<year>2023</year>). <comment>(TCPind0335-01)</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schneider</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Draheim</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kamberger</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wallrabe</surname>
<given-names>U</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Process and material properties of polydimethylsiloxane (PDMS) for Optical MEMS</article-title>. <source>Sensor and Actuators A</source> (<year>2006</year>) <volume>151</volume>:<fpage>95</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.sna.2009.01.026</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vallet</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Berge</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vovelle</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Electrowetting of water and aqueos solutions on poly-ethilene-terephthalate insulating films</article-title>. <source>Polymer</source> (<year>1996</year>) <volume>37</volume>:<fpage>2465</fpage>&#x2013;<lpage>70</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Krupenking</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mach</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Tunable liquid microlens</article-title>. <source>Appl Phys Lett</source> (<year>2003</year>) <volume>82</volume>:<fpage>316</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kuiper andB</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hendriks</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Variable-focus liquid lens for miniature cameras</article-title>. <source>Appl Phys Lett</source> (<year>2004</year>) <volume>85</volume>:<fpage>1128</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1779954</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Knollman</surname>
<given-names>GC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bellini</surname>
<given-names>JL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Weaver</surname>
<given-names>JL</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Variable-focus liquid-filled hydroacoustic lens</article-title>. <source>J Acoust Soc Am</source> (<year>1971</year>) <volume>49</volume>:<fpage>253</fpage>&#x2013;<lpage>61</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sigiura</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Morita</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Variable-docus liquid-filled optics lens</article-title>. <source>App Opt</source> (<year>1993</year>) <volume>32</volume>:<fpage>4181</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/AO.32.004181</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>DY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lien</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Berdichevsky</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Choi</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lo</surname>
<given-names>YH</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Fluidic adaptivelens with high focal length tenability</article-title>. <source>App Phys Lett</source> (<year>2003</year>) <volume>82</volume>:<fpage>3171</fpage>&#x2013;<lpage>2</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1573337</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Joeng</surname>
<given-names>KH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>GL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chronis</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>LP</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Tunable microdoublet lens array</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2004</year>) <volume>12</volume>:<fpage>2494</fpage>&#x2013;<lpage>500</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/opex.12.002494</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Varahramyan</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Variable focusing microlens with microfluidic chip</article-title>. <source>J Micromech Microeng</source> (<year>2004</year>) <volume>14</volume>:<fpage>675</fpage>&#x2013;<lpage>80</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0960-1317/14/5/003</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chronis</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>GL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jeong</surname>
<given-names>KH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>LP</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Tunable liquid-filled microlens array integrated with microfluidic network</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2003</year>) <volume>11</volume>:<fpage>2370</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.11.002370</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Moran</surname>
<given-names>PM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dharmatilleke</surname>
<given-names>s.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khaw</surname>
<given-names>AH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>KW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>ML</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rodriguez</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Fluidic lenses with variable focal length</article-title>. <source>App Phys Lett</source> (<year>2006</year>) <volume>88</volume>:<fpage>041120</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.2168245</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ren</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>S-T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Variable-focus liquid lens</article-title>. <source>Opt Express</source> (<year>2007</year>) <volume>15</volume>:<fpage>5931</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1364/oe.15.005931</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Polson</surname>
<given-names>NA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hayes</surname>
<given-names>MA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Microfluidics: controlling fluids in small places</article-title>. <source>Anal Chem</source> (<year>2001</year>) <volume>73</volume>:<fpage>312A</fpage>&#x2013;<lpage>319A</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/ac0124585</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hetch</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Optics</source>. <edition>2nd ed.</edition> <publisher-loc>NY</publisher-loc>: <publisher-name>Addison Wesley</publisher-name> (<year>2002</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Beger</surname>
<given-names>HM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A new approach to the analysis of large deflections of plates</article-title>. <source>J Appl Mech</source> (<year>1955</year>) <volume>22</volume>:<fpage>465</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.4011138</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mazumdar</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A method for solving problems of elastic plates of arbitrary shape</article-title>. <source>J Aust Math Soc</source> (<year>1970</year>) <volume>XI</volume>:<fpage>95</fpage>&#x2013;<lpage>112</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/s1446788700006030</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mazumdar</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jones</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A simplified approach to the analysis of large deflections of plates</article-title>. <source>J Appl Mech</source> (<year>1974</year>) <volume>41</volume>:<fpage>523</fpage>&#x2013;<lpage>4</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.3423325</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="book">
<collab>Fluidic Lenses Data</collab>. <source>Raw experimental data and numerical simulations are availble at our Github repository</source> (<year>2023</year>). <comment>Available at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/grapts/Fluidic-Lenses-Data">https://github.com/grapts/Fluidic-Lenses-Data</ext-link>.</comment> (<comment>Accessed 11 August 2023</comment>)</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>