[实用新型]光束方向沿一个维度自由可调的流体微透镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成型光学器件，尤其是一种集成型的聚焦光线方向可调谐微透镜。

背景技术

光束的整形技术包括了对光束的聚焦、准直、偏转、分束、耦合等调控，通常调控光学介质的折射率分布就可以方便地实现对入射光束的聚焦、准直、偏转、分束等控制。近年来快速发展的微流控光学技术为我们提供了光束整形的新方法，其原理是通过控制流体流动来实现对光线微观尺度的控制(Mao X,Lin SS,Lapsley MI,Shi J,Juluri BK，Tunable liquid gradient refractive index(L-GRIN)lens with two degrees of freedom，Lab.Chip.,9(2009):2050-2058，具有2个自由度调节能力的可调谐液体渐变折射率透镜，片上实验室，9(2009):2050-2058；Yang Y,Liu AQ,Chin LK,Zhang XM,Tsai DP,Lin CL,Lu C,Wang GP,Zheludev NI，Optofluidic waveguide as a transformation optics device for lightwave bending and manipulation，Nat.Commun.，3(2012):651-657，用于光波弯曲和控制的基于光流控波导的转换光学器件，自然-通信，3(2012):651-657)。鉴于此，微流控技术和系统可以被引入光束方向沿一个或多个维度自由可调的流体微透镜的设计和制作中。首先利用一种折射率较高的流体在折射率较低的流体中的扩散和对流，形成一种可调控折射率分布的流体光波导，然后通过动态调控流体光波导的折射率分布来调谐光波在出射端的偏转与聚焦，得到一维偏转与聚焦的效果。

目前尚无光束方向沿一个或多个维度自由可调的透镜结构，光束方向的调节需要通过外置的精密机械结构来实现，因此结构十分复杂、尺寸大，而且也无法实现光束方向的连续动态可调。难以满足光电检测领域和光传感领域的迫切需求。为满足应用领域的迫切需求，本实用新型提出一种结合了集成型和可调谐功能的新型光束方向可调的微透镜，即基于流体光波导的光束方向沿一个维度自由可调的流体微透镜。

发明内容

为了克服已有微透镜的需要外置精密机械结构来实现透镜光束方向调谐、结构复杂、尺寸庞大、制作困难、调控灵活性差、集成度低的不足，本实用新型提供一种可动态调谐、集成度高、结构简单、制作方便、成本低廉的光束方向沿一个维度自由可调的流体微透镜。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种光束方向沿一个维度自由可调的流体微透镜，包括流体光波导、入射激光器、光束接收面和流出流体贮存器，所述流体光波导上开有用于承载微流体的流道，所述流道包括一个芯层流体入口、两个对称的包层流体入口、流体微腔和两个对称的流体出口，所述芯层流体入口、包层流体入口均与所述流体微腔的入口侧连通，所述流体微腔的出口侧与两个流体出口连接，所述流体出口与流出流体贮存器连通，所述入射激光器和光束接收面同轴布置，所述入射激光器和光束接收面的轴线与流体流动方向平行且方向一致沿微腔的中心轴线方向，所述芯层流体入口和包层流体入口内安装用以调节流体速度的流速调节设备，所述流速调节设备控制芯层流体和包层流体流速以便实现光束方向沿一个维度自由可调的效果；

所述芯层流体和包层流体彼此之间只存在扩散和对流运动，包层流体环绕着芯层流体，所述芯层流体和包层流体是具有不同折射率的两种流体，所述芯层流体和包层流体在流体微腔中流动共同构成流体光波导。

进一步，所述流速调节设备为注入流体的蠕动泵。

再进一步，所述包层流体折射率高于所述芯层流体折射率。