基于微流控光学技术的光束整形装置制造方法及图纸

一种基于微流控光学技术的光束整形装置，包括流体光波导主体、入射激光器、光束接收面和流出流体贮存器，流体光波导主体上开有用于承载微流体的流道，流道包括一个芯层流体入口、两个对称的包层流体入口、流体微腔和两个对称的流体出口，芯层流体入口、包层流体入口均与流体微腔的入口侧连通，流体微腔的出口侧与两个流体出口连接，流体出口与流出流体贮存器连通，入射激光器和光束接收面同轴布置，入射激光器和所述光束接收面的轴线与流体流动方向轴线相交，入射激光器和所述光束接收面以相交点为对称中心对称放置，光束传播方向与流体流动方向呈90°±10°。本发明专利技术光传播过程损耗小、结构简化、制作方便、调控灵活性较好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种基于微流控光学技术的光束整形装置，包括流体光波导主体、入射激光器、光束接收面和流出流体贮存器，流体光波导主体上开有用于承载微流体的流道，流道包括一个芯层流体入口、两个对称的包层流体入口、流体微腔和两个对称的流体出口，芯层流体入口、包层流体入口均与流体微腔的入口侧连通，流体微腔的出口侧与两个流体出口连接，流体出口与流出流体贮存器连通，入射激光器和光束接收面同轴布置，入射激光器和所述光束接收面的轴线与流体流动方向轴线相交，入射激光器和所述光束接收面以相交点为对称中心对称放置，光束传播方向与流体流动方向呈90°±10°。本专利技术光传播过程损耗小、结构简化、制作方便、调控灵活性较好。【专利说明】基于微流控光学技术的光束整形装置
本专利技术涉及光学器件和检测系统领域，尤其是一种光束整形装置。
技术介绍
光束的整形技术包括了对光束的聚焦、准直、偏转、分束、耦合等调控，通常利用调控光学介质的介电常数和磁导率分布并进而改变空间电磁场分布来实现，比如对光学器件的折射率分布的调控就可以方便地实现对入射光束的聚焦、准直、偏转、分束等控制。近年来快速发展的微流控光学技术为我们提供了光束整形的新方法，其原理是通过控制流体流动来实现对光线微观尺度的控制。鉴于此，微流控技术和系统可以被引入可控折射率流体光波导的设计和制作中。如果一种折射率较高的流体能够在折射率较低的流体中扩散，并且在扩散的过程中能够实现一种稳定的分布，那么在流体扩散与对流的过程中就会呈现出可调控的折射率分布，比如，在基底材料上利用刻蚀技术制作微流体沟道，配合以恒流流体装置，便可以实现基于对流和扩散效应的微流体渐变折射率分布透镜(Mao X, Lin SS, Lapsley MI, Shi J, Juluri BK, Tunable liquid gradient refractiveindex(L-GRIN)lens with two degrees of freedom, Lab.Chip.，9(2009):2050-2058,具有2个自由度调节能力的可调谐液体渐变折射率透镜，片上实验室，9 (2009):2050-2058 ；Yang Y, Liu AQ, Chin LK, Zhang XM, Tsai DP, Lin CL, Lu C，Wang GP, Zheludev NI,Optofluidic waveguide as a transformation optics device for lightwave bendingand manipulation, Nat.Commun.,3(2012):651-657,用于光波弯曲和控制的基于光流控波导的转换光学器件，自然-通信，3(2012):651-657)。要利用微流控光学技术实现光束的动态整形，基于微流控光学技术的光束整形方法，以及基于该方法的流体光波导结构是必须要解决的核心技术问题。
技术实现思路
为了克服已有光束整形方法的光传播过程损耗大、结构复杂、制作困难、调控灵活性差的不足，本专利技术提供一种光传播过程损耗小、结构简化、制作方便、调控灵活性较好的基于微流控光学技术的光束整形装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于微流控光学技术的光束整形装置，包括流体光波导主体、入射激光器、光束接收面和流出流体贮存器，所述流体光波导主体上开有用于承载微流体的流道，所述流道包括一个芯层流体入口、两个对称的包层流体入口、流体微腔和两个对称的流体出口，所述芯层流体入口、包层流体入口均与所述流体微腔的入口侧连通，所述流体微腔的出口侧与两个流体出口连接，所述流体出口与流出流体贮存器连通，所述入射激光器和所述光束接收面同轴布置，所述入射激光器和所述光束接收面的轴线与流体流动方向轴线相交，所述入射激光器和所述光束接收面以相交点为对称中心对称放置，所述入射激光器将设定波长的激光束入射到所述流体光波导，光束传播方向与流体流动方向呈90° ±10°，所述光束接收面接收经过流体光波导后输出的光束。进一步，所述光束传播方向垂直于流体流动方向，光束接收面与入射激光器同轴。所述光束整形装置还包括注入流体的蠕动泵，所述注入流体的蠕动泵位于芯层流体入口、包层流体入口，通过控制蠕动泵实现对流体的流速的调节，以及通过控制蠕动泵实现对流体的温度的调节。本专利技术的技术构思为:利用构成流体光波导的芯层和包层两种流体的扩散和对流过程动态调控波导折射率，影响两种流体扩散与对流过程的因素很多，比如温度、浓度、流速以及微流体种类的选定、流体光波导主体结构和尺寸，并进而影响折射率分布。在有限长的微沟道中如果流体流速很高，芯层流体的扩散作用有限，这时对流效应占主导地位，此时流体光波导可以近似看成是阶跃折射率分布(垂直于流体流动方向)波导结构；而当流体流速较低，则扩散效应明显，此时无论是微腔的横截面方向还是沿着流体流动方向都要考虑扩散效应对浓度梯度的影响，而芯层流体在包层流体中的扩散正是渐变折射率流体光波导能够实现的理论基础。因此，通过控制芯层流体和包层流体的流速和流体种类可以有效控制扩散和对流的过程，从而控制流体扩散浓度以及折射率的空间分布。本专利技术的有益效果主要表现在:1、基于微流控光学技术的光束整形方法，以两种流体之间的对流和扩散过程形成流体光波导结构，通过控制芯层和包层流体的流速以及流体种类，可以得到灵活多变的折射率分布；2、通过专利技术基于微流控光学技术的流体光波导，可以构建对光束进行聚焦、准直、分束、偏转等功能的新型器件；3、实现了光束聚焦、分束、偏转的动态可调、且属于在线实时调节；4、光束传播方向垂直于流体流动方向，有效降低了光束的传播损耗。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术基于微流控光学技术的光束整形装置的示意图。图2是本专利技术基于微流控光学技术的光束整形装置中流体光波导主体承载微流体的空腔示意图。图3是本专利技术流体光波导沿着流体流动方向不同横截面处的折射率分布。图4是不同流速情况下，沿着流体流动方向中心位置横截面处(即激光光束入射处)的折射率分布。图5是当两侧包层流速不同的情况下，改变一侧包层流体流速，沿着流体流动方向中心位置横截面处(即激光光束入射处)的折射率分布。图6是包层流体折射率高于芯层流体折射率时，流体光波导折射率分布随流速的变化。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1?图6，一种基于微流控光学技术的光束整形方法，该整形方法采用基于微流控光学技术的光束整形装置，所述光束整形装置包括流体光波导主体1、入射激光器2、光束接收面3和流出流体贮存器4，所述流体光波导主体I上开有用于承载微流体的流道，所述流道包括一个芯层流体入口 5、两个对称的包层流体入口 6、流体微腔7和两个对称的流体出口 8，所述芯层流体入口 5、包层流体入口 6均与所述流体微腔7的入口侧连通，所述流体微腔7的出口侧与两个流体出口 8连接，所述流体出口 8与流出流体贮存器4连通，所述入射激光器2和所述光束接收面3同轴布置，所述入射激光器和所述光束接收面的轴线与流体流动方向轴线相交，所述入射激光器和所述光束接收面以相交点为对称中心对称放置，所述入射激光器将设定波长的激光束入射到所述流体光波导，光束传播方向与流体流动方向呈90° 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乐孜纯，孙运利，王昌辉，付明磊，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：