渐变折射率光学在微流控芯片中的应用研究

发布时间：2022-07-02 13:51

　　常规的光学器件采用固体加工工艺制作而成,具有十分有限的调谐能力。与固体不同,液体介质可以轻易地进行操控和替换,通过改变形状、折射率、光谱吸收系数等,实现更大范围的光学性质重构和调谐。早期的一些光学器件已经涉及到液体的应用,比如油浸显微镜、液晶显示等,但是应用范围十分有限,研究彼此独立尚不构成体系,且对液体的使用不够精细。微流控技术是一种在微米/纳米尺度下,进行微流体精确操纵与控制的学科。它以传统的微加工工艺为基础,通过在芯片上的微结构设计和功能集成,实现对微量液体的驱动、混合、分离等操作。具有试剂消耗少、流体响应快、制作成本低等特点,同时对液体的组分和空间分布,有很精细的调控能力。这激发了光流控技术的产生,通过将微流控技术应用到光学中,开发基于液体介质的可调谐光学器件和系统。由于液体的流动性,其光学性质（主要指折射率）具有明显的渐变特征。根据液体对光产生作用的方式不同,我们将这种液体独有的渐变特征分成主要的三类:时间渐变、空间渐变及阶跃式渐变。本论文分别将这些渐变特征应用到不同的光流控器件中去,开发新型的光学器件及光学方法。在此,将本论文的各个章节进行简要说明:第一章,本论文的研究背景... 

【文章页数】：94 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
论文创新点
摘要
Abstract
第一章：绪论
    1.1 引言
    1.2 光流控技术的起源与发展
    1.3 光流控技术的优势与制约
        1.3.1 微流控技术的优势
        1.3.2 光学的优势
        1.3.3 微流体的制约
    1.4 光流控芯片的制作
        1.4.1 聚二甲基硅氧烷(PDMS)
        1.4.2 微流控芯片的制作
        1.4.3 微流控芯片与光学的结合方式
    1.5 微通道中的流体特征
        1.5.1 层流
        1.5.2 扩散
        1.5.3 迪恩流(Dean flow)
    1.6 微通道中的渐变特征
        1.6.1 时间渐变
        1.6.2 空间渐变
        1.6.3 阶跃式渐变
        1.6.4 时间-空间渐变
    1.7 研究内容
第二章：利用时间渐变折射率实现菲涅尔波带片的聚焦模式转换
    2.1 引言
    2.2 设备原理
        2.2.1 结构设计
        2.2.2 理论分析
    2.3 实验
        2.3.1 光流控芯片制作
        2.3.2 共聚焦实验
        2.3.3 光学实验
        2.3.4 色散实验
    2.4 讨论
        2.4.1 焦点调谐性
        2.4.2 色散调谐性
    2.5 本章小结
第三章：基于空间渐变折射率的可调谐自成像效应
    3.1 引言
    3.2 原理及设计
        3.2.1 混合型波导结构
        3.2.2 自成像周期分析
    3.3 实验结果
        3.3.1 光流控芯片制作
        3.3.2 空间渐变折射率分布
        3.3.3 光学实验
    3.4 讨论
        3.4.1 自成像效应的调制
        3.4.2 渐变折射率引起的自成像畸变
    3.5 本章小结
第四章：基于阶跃式渐变分布的差分色度法
    4.1 简介
    4.2 材料和方法
        4.2.1 检测系统设计
        4.2.2 材料和仪器
        4.2.3 显色反应
        4.2.4 光流控芯片的制作
        4.2.5 微流控网络中的浓度分析
    4.3 实验
        4.3.1 对称式分布
        4.3.2 非对称式分布
    4.4 讨论
        4.4.1 检测精度
        4.4.2 水质影响
        4.4.3 流速范围
        4.4.4 检测范围
        4.4.5 抗干扰性能
    4.5 本章小结
第五章：总结与展望
    5.1 博士期间的工作总结
    5.2 工作展望
参考文献
攻读博士期间发表的论文及申请的专利
致谢



本文编号：3654476