[发明专利]基于电润湿效应的无衍射光的电控生成装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及双液体微透镜生成无衍射光束生成技术领域，尤其是涉及一种基于电润湿效应的无衍射光的电控生成装置及控制方法。

背景技术

无衍射光是麦克斯韦电磁方程中的一组特解，以光速传播并始终保持焦点状态，零解贝塞尔函数形式的严格解奠定了其在自然界中生成无衍射光束的基础，在以下的领域中可得到应用。其一是无衍射光束空间传播特性不变性，在精密工程中具有诱人前景，在精密测量的领域中采用高斯光束的几乎全部场合均可采用无衍射光束代替，克服高斯光束的离焦、畸变以及焦深局限等，实现测量仪器所普遍期望的高精度大量程目标；其二无衍射光在球面透镜的变换作用下，在大深径比加工的激光加工、激光医疗等领域的应用效果独特；其三在将来可望应用在宇航通讯、能量传输、电磁波炮弹或电磁波子弹等领域应用，特别是在当前炙热的微机电与纳米技术领域。

尽管无衍射光束的生成方式繁多，无衍射光束的主要是通过圆锥透镜生成，因为这种方式光束的传输传输率最高，仅需一片光学器件，且加工相对容易。然而，在微光学系统中生成无衍射光束因圆锥透镜加工困难而难以实现；另外根据圆锥透镜生成无衍射光束的相关理论，圆锥透镜面形精度直接影响了生成的无衍射光束的质量；其次在圆锥透镜底面直径一定的前提下，其底面与锥面的夹角直接决定所生成的无衍射光束的传播距离与中心光斑大小，传统的圆锥透镜面形加工精度费用高，并且在加工成型后无法实现无衍射光束传播特性的实时调节；因此传统的无衍射光束生成方式极大地限制无衍射光束的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种基于电润湿效应的无衍射光的电控生成装置及控制方法，解决传统采用圆锥透镜生成无衍射光束，其圆锥透镜面形的加工精度费用高，并且在加工成型后无法实现无衍射光束传播特性的实时调节的问题。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：一种基于电润湿效应的无衍射光的电控生成装置，其特征在于，该装置包括密闭圆柱形容器和控制电路，该容器内盛满导电液体和绝缘液体，导电液体在下绝缘液体在上，所述导电液体和绝缘液体的密度相同，且互不相容，所述容器的内侧壁上镀有导电膜，在导电膜的镀层上涂有疏水涂层，所述容器的内底壁上镀有环栅透明电极，电极的上再镀有电介质涂层，所述控制电路与环栅透明电极连接。

优选的，所述环栅透明电极是由多个同心圆环的透明电极构成，每个同心圆环均与控制电路连接，环栅透明电极与密闭圆柱形容器同轴。

优选的，所述导电液体为Na₂So₄水溶液，所述绝缘液体为C₁₂H₂₅Br。

优选的，所述导电液体含有NaCl溶液、硅氧烷、卤代烷烃中的一种或多种。

优选的，疏水涂层为聚四氟乙烯。

优选的，所述电介质涂层为聚酰亚胺或钛酸钡。

优选的，所述环栅透明电极为氧化锡掺氟导电玻璃。

优选的，所述控制电路包括所述控制电路包括电源输入端、多路电压输出接口和用于分别控制多路电压输出接口的各路电压值的控制单元，所述多路电压输出接口与环栅透明电极的各环对应连接。

一种权利要求1所述装置的控制方法，其特征在于，该方法以下步骤：

(1)确定需要控制实现的两液体接触锥形界面的夹角θ；

(2)根据公式分别控制环栅透明电极上的各环所施加的电压值U，公式中R密闭圆柱形容器的内径，r为环栅透明电极各环的半径，△n为导电液体和绝缘液体的折射率差，β₀为外加电压U＝0时导电液体和绝缘液体的接触界面相对于疏水涂层之间的接触角，ε₀为疏水涂层的真空介电常数，ε_r为导电液体相对于疏水涂层的相对介电常数，δ₁₂为导电液体与绝缘液体之间的表面张力，d为疏水涂层3的厚度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.由于圆锥透镜是两液体的接触界面，在透镜的制作工艺中不存在机械加工，避免了微圆锥透镜难以机械加工的困难；

2.由于液体分子间的形成连续性，两液体所形成的圆锥面的面型精度可达0.3nm，其近乎最为理想的圆锥面型，相对传统机加工的圆锥透镜可生成更为理想的无衍射光束；

3.由于通过圆锥透镜所生成的无衍射光束的空间传播距离与折射率差和圆锥面与底面的夹角成反比，因此选择折射率较为接近的两液体，在密闭圆柱形容器的容腔半径一定的前提下，可让无衍射光束传播距离更长；