研究目的
展示一种双功能光流体平台,该平台通过在充水微通道中利用光驱动空气塞的膨胀/收缩,既能作为光学开关运行,又能作为可调液体透镜使用。
研究成果
该研究成功展示了一种简单、非接触式的光流体装置,其可作为响应时间亚秒级的光学开关,并能利用极小的温度变化实现焦距可调的液体透镜。该方法在成本、制造简便性及室温运行方面具有优势,有望集成至微型光学系统中。
研究不足
该设备需要精确的温度控制,在切换速度和焦距范围方面可能存在限制。它对环境条件敏感,可能无法扩展应用于极高速场景。
1:实验设计与方法选择:
实验采用充满含气栓水的微通道。通过激光加热气栓,依据理想气体定律使其热胀冷缩,从而调节全内反射实现开关功能,或改变弯月面形状产生透镜效应。
2:样本选择与数据来源:
微通道由特定尺寸(宽1.2毫米,高1.7毫米)的亚克力板制成。以水为工作流体,通过注射器与针头组合生成气栓。温度控制采用恒温水浴或加热激光。
3:2毫米,高7毫米)的亚克力板制成。以水为工作流体,通过注射器与针头组合生成气栓。温度控制采用恒温水浴或加热激光。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:亚克力微通道、聚丙烯注射器(3毫升)、金属针头(内径0.6毫米)、聚合物微流控管、PDMS条带(折射率1.40,厚度9毫米)、二极管激光器(650纳米和532纳米)、功率计(PM100A,Thorlabs)、光电探测器(S120VC,Thorlabs)、摄像头(Pluggable USB 2.0数字显微镜)、恒温水浴(RW0525 G,Jeiotech)、聚焦透镜、图像处理软件ImageJ。
4:6毫米)、聚合物微流控管、PDMS条带(折射率40,厚度9毫米)、二极管激光器(650纳米和532纳米)、功率计(PM100A,Thorlabs)、光电探测器(S120VC,Thorlabs)、摄像头(Pluggable USB 0数字显微镜)、恒温水浴(RW0525 G,Jeiotech)、聚焦透镜、图像处理软件ImageJ。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:光学开关实验中,设定测量激光入射角,生成气栓后通过变温使其膨胀/收缩,测量透射/反射光强;液体透镜实验中,将圆柱体连接至通道,通过变温改变气栓尺寸,利用图像分析与光线追迹法测量接触角和焦距。
5:数据分析方法:
使用ImageJ测量气栓尺寸与接触角,应用理想气体定律计算体积变化,通过透镜公式与光线追迹法计算焦距,对多次测量结果进行统计平均。
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获取完整内容-
Power Meter
PM100A
Thorlabs
Measures the intensity of light beams during optical switching experiments.
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Photodetector
S120VC
Thorlabs
Detects light intensity for measuring transmitted and reflected beams.
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Diode Laser
650 nm
Holmarc
Used as the measuring beam for optical switching.
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Heating Laser
BG100T13879
OEM
Used to heat the air plug for expansion/contraction.
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Constant Temperature Bath
RW0525 G
Jeiotech
Controls temperature with accuracy for experiments.
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Camera
Pluggable USB 2.0 digital microscope
Captures images of air plug and lens meniscus for analysis.
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Syringe
3 mL
Polypropylene
Used to generate and control air plugs in the minichannel.
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Needle
Inner diameter 0.6 mm
Metallic
Connected to syringe for air plug generation.
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