體微透鏡包括流體光波導1、入射激光器2和光束接收 面3,所述流體光波導1上開有用于承載微流體的流道，所述流道包括一個芯層流體入口4、 上下左右四個包層流體入口5、流體微腔6和上下兩個流體出口7,左右兩個包層流體入口 以微腔的中心軸線對稱設置，上下兩個包層流體入口和上下兩個流體出口均以微腔的中心 軸線對稱設置，所述芯層流體入口4、四個包層流體入口5均與所述流體微腔6的入口側(cè)連 通，所述流體微腔6的出口側(cè)與兩個流體出口 7連接，所述入射激光器2和所述光束接收面 3同軸布置，所述入射激光器和所述光束接收面的軸線與流體流動方向一致，所述芯層流體 入口 4和包層流體入口 5內(nèi)安裝用以調(diào)節(jié)流體速度的流速調(diào)節(jié)設備，所述流速調(diào)節(jié)設備控 制芯層流體和包層流體流速以便實現(xiàn)光束方向沿二個維度自由可調(diào)的效果。
[0024] 所述芯層流體和包層流體彼此之間只存在擴散和對流運動，包層流體環(huán)繞著芯層 流體，所述芯層流體和包層流體是具有不同折射率的兩種流體，所述芯層流體和包層流體 在流體微腔中流動，共同構(gòu)成流體光波導；
[0025] 所述二維可調(diào)諧光束方向調(diào)控方法如下：通過調(diào)節(jié)左右兩個包層流體的流速比實 現(xiàn)中心折射率的左右偏移，通過調(diào)節(jié)上下兩個包層流體的流速比實現(xiàn)中心折射率的上下偏 移，通過同時調(diào)節(jié)左右兩個包層流體的流速比、上下兩個包層流體的流速比實現(xiàn)中心折射 率在輸出平面任何方向的偏移。
[0026] 進一步，增大左右兩個包層流體的流速比，中心折射率向右偏移，減小左右兩個包 層流體的流速比，中心折射率向左偏移；增大上下兩個包層流體的流速比，中心折射率向下 偏移，減小上下兩個包層流體的流速比，中心折射率向上偏移。
[0027] 再進一步，所述流速調(diào)節(jié)設備為注入流體的蠕動栗，當然，也可以采用其他的流速 調(diào)節(jié)設備。
[0028] 更進一步，所述包層流體折射率高于所述芯層流體折射率。
[0029] 本實施例的光束方向沿二維自由可調(diào)的流體微透鏡，實現(xiàn)光束方向調(diào)控的方法包 括以下步驟：
[0030] (1)所述芯層流體和包層流體彼此之間只存在擴散和對流運動（芯層流體和包層 流體彼此之間不發(fā)生化學反應），包層流體均衡地環(huán)繞著芯層流體，所述芯層流體和包層流 體是具有不同折射率的兩種流體，所述芯層流體和包層流體在流體微腔中流動，共同構(gòu)成 流體光波導；
[0031] (2)所述入射激光器將設定波長的激光束入射到所述流體光波導，光束傳播方向 與流體流動方向一致，所述光束接收面接收經(jīng)過流體光波導后輸出的光束；
[0032] (3)通過選擇微流體種類，控制所述芯層流體的折射率高于所述包層流體的折射 率；
[0033] (4)通過調(diào)節(jié)流體流速，控制流體擴散過程以及折射率的空間分布，實現(xiàn)光束的聚 焦以及光束方向沿二個維度的自由偏轉(zhuǎn)。
[0034] 本實施例中，所述步驟（3)中，通過選擇芯層流體和包層流體的種類，以及所述步 驟（4)中，通過控制芯層流體和包層流體的流速可以有效控制擴散和對流的過程，從而控 制流體擴散以及折射率的空間分布；具體如下：
[0035] 1)流速對折射率分布的影響，保持其他參數(shù)不變，選擇沿著流體流動方向不同位 置橫截面處的折射率分布，其流速為Q"ght=Qleft= 5X10 3pL/s，1. 5X10 4pL/s，Qup =Qd〇wn=1. 5X10 4pL/s〇
[0036] 2)擴散對流微腔中的折射率分布，隨著包層流速的變化的各種折射率分布情況。 圖3和圖4分別給出了單獨增加左側(cè)包層液體和下側(cè)包層液體的流速實現(xiàn)的中心折射率往 右和上方偏移的折射率分布圖。圖5顯示同時增大左側(cè)和下側(cè)包層液體的流速，折射率中 心往右上方偏移的情況。光線的傳播方向向著折射率較高的方向偏移。圖6給出了，Qlrft 從lfr增加到9fr過程中，中心折射率的偏移量從0μm增加到35. 2μm。
[0037] 通過調(diào)節(jié)包層流速來研究中心折射率在微腔中的影響，通過光線追跡法得 到光線的傳輸效果，如圖7、圖8所示包層流速分別為Qlrft = 1. 5X10 4pL/s和Qlrft = 1X104pL/s其折射率分布點及其擬合曲線分別

。在圖7和圖8中，還給出了利用光線追跡法得到的入射光線 經(jīng)微透鏡后的光束聚焦結(jié)果，從圖中可以看出，通過控制一側(cè)的流速可以獲得很好的光線 偏轉(zhuǎn)效果。這種靈活可調(diào)的光束調(diào)控效果能夠在生物醫(yī)學檢測，以及導波光學耦合上有重 要的應用。
【主權(quán)項】
1. 一種基于流體光波導的二維可調(diào)諧光束方向調(diào)控方法，其特征在于：該光束方向調(diào) 控方法采用流體微透鏡，所述流體微透鏡包括流體光波導、入射激光器和光束接收面，所述 流體光波導上開有用于承載微流體的流道，所述流道包括一個芯層流體入口、上下左右四 個包層流體入口、流體微腔和上下兩個流體出口，左右兩個包層流體入口以微腔的中心軸 線對稱設置，上下兩個包層流體入口和上下兩個流體出口均以微腔的中心軸線對稱設置， 所述芯層流體入口、四個包層流體入口均與所述流體微腔的入口側(cè)連通，所述流體微腔的 出口側(cè)與兩個流體出口連接，所述入射激光器和光束接收面同軸布置，所述入射激光器和 光束接收面的軸線與流體流動方向平行且方向一致沿微腔的中心軸線方向，所述芯層流體 入口和包層流體入口內(nèi)安裝用以調(diào)節(jié)流體速度的流速調(diào)節(jié)設備； 所述芯層流體和包層流體彼此之間只存在擴散和對流運動，包層流體環(huán)繞著芯層流 體，所述芯層流體和包層流體是具有不同折射率的兩種流體，所述芯層流體和包層流體在 流體微腔中流動共同構(gòu)成流體光波導； 所述二維可調(diào)諧光束方向調(diào)控方法如下：通過調(diào)節(jié)左右兩個包層流體的流速比實現(xiàn)中 心折射率的左右偏移，通過調(diào)節(jié)上下兩個包層流體的流速比實現(xiàn)中心折射率的上下偏移， 通過同時調(diào)節(jié)左右兩個包層流體的流速比、上下兩個包層流體的流速比實現(xiàn)中心折射率在 輸出平面任何方向的偏移。2. 如權(quán)利要求1所述的基于流體光波導的二維可調(diào)諧光束方向調(diào)控方法，其特征在 于：增大左右兩個包層流體的流速比，中心折射率向右偏移，減小左右兩個包層流體的流速 比，中心折射率向左偏移；增大上下兩個包層流體的流速比，中心折射率向下偏移，減小上 下兩個包層流體的流速比，中心折射率向上偏移。3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于流體光波導的二維可調(diào)諧光束方向調(diào)控方法，其特征 在于：所述流速調(diào)節(jié)設備為注入流體的蠕動栗。4. 如權(quán)利要求1或2所述的基于流體光波導的二維可調(diào)諧光束方向調(diào)控方法，其特征 在于：所述包層流體折射率高于所述芯層流體折射率。
【專利摘要】一種基于流體光波導的二維可調(diào)諧光束方向調(diào)控方法，采用的流體微透鏡包括流體光波導、入射激光器和光束接收面，流體光波導上開有用于承載微流體的流道，芯層流體入口、上下左右四個包層流體入口均與流體微腔的入口側(cè)連通，流體微腔的出口側(cè)與兩個流體出口連接，流體出口與流出流體貯存器連通，二維可調(diào)諧光束方向調(diào)控方法如下：通過調(diào)節(jié)左右兩個包層流體的流速比實現(xiàn)中心折射率的左右偏移，通過調(diào)節(jié)上下兩個包層流體的流速比實現(xiàn)中心折射率的上下偏移，通過同時調(diào)節(jié)左右兩個包層流體的流速比、上下兩個包層流體的流速比實現(xiàn)中心折射率在輸出平面任何方向的偏移。本發(fā)明可動態(tài)調(diào)諧、集成度高、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉。
【IPC分類】G02B6/10, G02F1/295
【公開號】CN105404068
【申請?zhí)枴緾N201510310389
【發(fā)明人】樂孜純, 孫運利
【申請人】浙江工業(yè)大學
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年6月8日