本发明专利技术公开了一种基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置及制作方法，属于非机械式光束指向控制技术领域，采用离子表面活性剂，外加电场并不是直接作用于透明液体，其目的旨在驱动离子液体内部的阳离子活性剂，这就极大的降低了所需的电压和电流，通过调控离子表面活性剂在固体上的吸附和脱离来实现对微液滴相控阵列的曲率调控。本发明专利技术装置的驱动电压仅仅只需6V，调控耗时短，仅仅只需几秒钟，极大地降低了驱动电压，缩短了调控时间。本发明专利技术装置结构简单，只需要一块电极板，一种液体材料，避免考虑两种液体互溶，压力差等问题，而且一块电极板，单一液体材料也给液体微透镜阵列的制备降低了很大的难度，更方便集成化，阵列化。化。化。
【技术实现步骤摘要】
基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置及制作方法
[0001]本专利技术属于非机械式光束指向控制
，涉及一种基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置及制作方法。
技术介绍
[0002]作为激光光学系统中提高光束控制精度的关键手段，光束指向控制系统被应用到了工业制造以及科研的各项领域,有效地促进了集成电路、航空航天、生物医疗、精密装配和特种加工等科技领域技术精度以及产品质量的不断提高。对光束指向控制系统进行研究，在二维层面实现光束指向控制，有效避免外界抖动或其他干扰因素对光学系统的影响，保证出射光束的稳定，保持较高的精度，有非常重要的意义。
[0003]目前，对于光束指向控制的研究主要分为机械式指向控制和非机械式指向控制。非机械式指向控制，包括电光调制技术，声光调制技术，液晶相控阵列等技术，是指系统在改变光束指向角度的过程中不会引入器件宏观上的位移，只存在微观层面的分子状态变化。近年来，随着材料技术发展，各种新型的液晶材料的出现也使得液晶相控阵列技术得到了飞速发展，在光束控制领域中具有工作电压低、体积质量小、功耗少、控制方便等优点，但同时也面临液晶响应速度较慢，抗震动能力差，低温适应性差，损耗严重等诸多问题，难以满足光电检测领域和光传感领域的迫切需求。常用的机械式指向控制，比如扫描振镜，其原理主要式通过计算机较为精确地控制反射镜地位置和偏转角度进而实现对光束地指向控制。它具有反应速度快、精度高、光束角度和性能也稳定等优势，但存在光斑焦点不在加工面上的聚焦误差问题，而且振镜式激光扫描存在扫描图形的线性失真和非线性失真，特别是当扫描区域较大时，严重影响了激光扫描的图形精度及加工质量。另一种常用地机械式控制主要是基于微透镜阵列，参见图8，相比于扫描振镜来说，微透镜阵列具有重量轻，体积小，生产成本低，易集成等优点，而且近年来，纳米技术的飞速发展，微纳制造技术工艺的日益成熟，利用微结构来调控光束方向也逐渐成熟，发展迅速。液体透镜作为柔性可调控装置，具有制造简单，成本低，光束方向连续动态可调，易集成等优点被越来越多的学者所研究。但是目前对于液体透镜曲率的调控多是基于电润湿效应，相比于机械驱动，热驱动，光驱动等多种方式，电驱动下的微透镜阵列响应快，精度高，控制性能好，液体透镜的光学性能也更稳定。但是基于电润湿效应驱动的微透镜阵列驱动电压大(超过150V)，还存在介电层被击穿，液体泄露等危险，极大的限制了液体微透镜阵列在光学控制方向的发展和应用。
[0004]基于液体微透镜阵列在光束指向控制中具有极大的优势，因此，设计一套低电压驱动的基于液体微透镜阵列的光束指向调控系统，有效避免介电层被击穿，防止液体泄露等问题，实现二维层面光束指向控制，对于提高光学系统的指向控制精度及其应用和发展有重大作用。
技术实现思路
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于离子活性剂的光
学相控液体透镜阵列装置，以解决现有技术中基于电润湿效应驱动的微透镜阵列驱动电压大，存在的介电层被击穿，液体泄露等技术问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置，其特征在于，包括：透明底层，透明底层上沉积有二氧化硅层，其内部设置有图案电极，二氧化硅上设置有一层透明液体，其内部设有离子表面活性剂，透明液体上设有一层弹性薄膜用于顶层封装。
[0008]优选地，所述二氧化硅层的厚度为50～150nm。
[0009]优选地，所述离子表面活性剂包括：阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。
[0010]优选地，所述离子表面活性剂浓度不大于临界胶束浓度的十分之一。
[0011]优选地，所述离子表面活性剂优选十二烷基三甲基溴化铵。
[0012]优选地，所述透明液体包括：乙二醇、去离子水、乙醇和丙三醇。
[0013]优选地，所述弹性薄膜为聚二甲基硅氧烷薄膜。
[0014]优选地，所述透明液体表面附着一层用于在入射光作用下发生等离子基元效应的纳米金属颗粒球。
[0015]优选地，所述图案电极为圆形电极或环形区域块电极。
[0016]本专利技术还公开了一种基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置的制作方法，包括以下步骤：
[0017]S1：在透明底层上制备图案电极；
[0018]S2：在制备好图案电极的透明底层上沉积二氧化硅层；
[0019]S3：在透明液体中加入离子表面活性剂并附着在二氧化硅层上；
[0020]S4：采用弹性薄膜进行顶层的封装。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术所公开的一种基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置，采用离子表面活性剂，外加电场并不是直接作用于透明液体，其目的旨在驱动离子液体内部的阳离子活性剂，这就极大的降低了所需的电压和电流，通过调控离子表面活性剂在固体上的吸附和脱离来实现对微液滴相控阵列的曲率调控。本专利技术装置的驱动电压仅仅只需6V，调控耗时短，仅仅只需几秒钟，极大地降低了驱动电压，缩短了调控时间。本专利技术装置相比于传统电润湿驱动原理，结构更为简单。本专利技术装置只需要一块电极板，一种液体材料，而传统电驱动基本上都需要上下两块电极板，两种液体材料，避免考虑两种液体互溶，压力差等问题，而且一块电极板，单一液体材料也给液体微透镜阵列的制备降低了很大的难度，更方便集成化，阵列化。
[0023]进一步地，所述的二氧化硅层的厚度为50～150nm，二氧化硅层厚度不能太大，避免离子液体与图案电极完全绝缘；其主要作用是一方面充当介电层，将离子液体与图案电极分隔开，避免离子液体与电极板直接接触发生电化学反应；另一方面作为固体吸附层，二氧化硅由于其粒径小、比表面积大的特性，对阳离子表面活性剂具有很好的吸附性能。在本专利技术装置中，二氧化硅通过吸附大量的阳离子表面活性剂来降低其表面张力，增大固液接触角，实现“去润湿”效果。
[0024]进一步地，相比于其他离子表面活性剂，十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)在二氧化硅表面吸附能力更强，对其表面张力的改变也越明显，因此对于液体微透镜相控阵列的光
束指向调控范围越大。
[0025]进一步地，所述弹性薄膜为聚二甲基硅氧烷薄膜，该材料透明度高，便于观察，而且在光束调控系统中，可减少对光束的损耗；弹性好，便于液体微透镜的调控，在封装离子液体的同时也不会对离子液体曲率调控时造成过大的阻力；成本低，可根据比例和温度调整软硬度，易加工，在微流控领域，光学系统应用较多，其各种性能和加工工艺都比较成熟。
[0026]进一步地，所述透明液体表面附着一层用于在入射光作用下发生等离子基元效应的纳米金属颗粒球；这些纳米级别的金属颗粒小球在入射光的作用下会发生等离子基元效应，内部的电子会发生偏移从而产生极化电场，光场和能量被限制在亚波长尺度上,因而各种光和物质相互作用可得到显著的增强。通过对金属纳米颗粒的形貌和结构的设计，选择合适的尺寸大小和材料，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置，其特征在于，包括：透明底层(1)，透明底层(1)上沉积有二氧化硅(2)层，其内部设置有图案电极(3)，二氧化硅(2)上设置有一层透明液体(5)，其内部设有离子表面活性剂(3)，透明液体(5)上设有一层弹性薄膜(6)用于顶层封装。2.根据权利要求1所述的一种基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置，其特征在于，所述二氧化硅(2)层的厚度为50～150nm。3.根据权利要求1所述的一种基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置，其特征在于，所述离子表面活性剂(3)包括：阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。4.根据权利要求1所述的一种基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置，其特征在于，所述离子表面活性剂(3)浓度不大于临界胶束浓度的十分之一。5.根据权利要求1所述的一种基于离子活性剂的光学相控液体透镜阵列装置，其特征在于，所述离子表面活性剂(3)优选十二烷基三甲基溴化铵。6.根据权利要求1所述的一种基于离子活性剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：王兰兰，国阳，雷彪，姜维，李国俊，王祺，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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