[发明专利]一种基于液体透镜的光学调相方法

说明书

本发明涉及一种基于液体透镜的光学调相方法，其特征在于由包含导电液体和绝缘液体的三种液体构成电湿驱动的液体透镜模型中，三种液体折射率设为n1、n2、n3,在透镜腔轴方向上的厚度分别为L1、L2、L3，平面光波沿透镜腔轴方向传输光束的相位Φ(Φ＝2π/λ*△，△＝n1*L1+n2*L2+n3*L3)在电润湿效应作用下调节，通过控制两个透镜光程差的总调节量〥△＝n1*(L1‑Δh1)+n2*(L2+Δh1+Δh2)+n3*(L3‑Δh2)‑(n1*L1+n2*L2+n3*L3)＝Δh1(n2‑n1)+Δh2(n2‑n3)来提高相位的精度。

技术领域

本发明涉及一种光学调相方法，尤其是一种基于液体透镜的光学调相方法，属于微流控光学技术、光信息处理器件的技术领域。

背景技术

微流控光学是现代光学、光电子学与微流控技术相结合而形成的新型交叉前沿学科与技术，它主要研究微流控系统中的光学现象，探索微流控系统与光子的相互作用规律，目的是开发具有结构重组和调节能力的微流控光学器件与系统，在传感、通信、信息处理等领域具有重要的应用前景。

一般情况下，液体透镜的调节是变焦的，不适合于用来调相，为了改造这种传统的液体透镜调相方式，需要做如下两点改正，第一，导电液体和绝缘液体折射率相差在0.0001～0.001之间，这样平面光波沿透镜腔轴方向穿过液体透镜装置出来还是平行光波；第二，用三种液体调相，三液体透镜介质的折射率设为n1、n2、n3(假设n1＞n2，n2＞n3)，弯曲面由n1调向n2的时候，左边的光程是增加的，弯曲面n3调向n2的时候，右边的光程是减小的，当总折射率差△n＝(2n2-n1-n3)等于0时，则总的光程调节是不变的，为了让它变成一个小量，则需要总折射率差△n很小，当左边光程的调节和右边光程的调节差(〥△)很小时，总的光程差调节精度就提高了，而相位调节量为〥Φ＝2π/λ*〥△，这样相位的调节精度也提高了。如果单调一边透镜，精度不是很高，所以用三种液体来调相。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，本发明通过结合微流控光学技术和现代光学技术，提出一种基于液体透镜的光学调相方法及原理，解决相位调谐问题。由于光学器件比较简易，使制作成本以及生产工艺大大降低，具有很强的经济实用性，将会在微流控光学技术、光信息处理器件的技术领域得到广泛的应用，并且有望取代部分传统光学调相方法。

为了达到以上目的，本发明提供了一种基于液体透镜的光学调相方法，由包含导电液体及绝缘液体的三种混合液体构成电湿驱动的液体透镜模型中，三种液体折射率设为n1、n2、n3,在透镜腔轴方向上的厚度分别为L1、L2、L3，平面光波沿透镜腔轴方向传输光束的相位Φ(Φ＝2π/λ*△，△＝n1*L1+n2*L2+n3*L3)在电润湿效应作用下调节。

本发明的进一步限定技术方案为：所述导电液体和绝缘液体折射率相差0.0001～0.001之间。

进一步的，所述导电液体、绝缘液体初始接触角优选小于95°。

进一步的，所述液体透镜模型以具有圆柱状通孔的内芯为主体，在内芯的左右两端分别设有透明的盖片，通孔内的空隙设为可调透镜腔，存储透明液体透镜材料；所述内芯采用导电材料制作并作为一个电极，另一个电极与导电液体相连。所述内芯表面涂覆有用于避免内芯与透明盖片电极和导电水溶液接触的绝缘层，并对液体腔内进行疏水处理，使三种液体的两个接触边界自然形成弯曲面并构成光程可调的三液体透镜，形成具有“平行光输入+光程可调液体透镜+平行光输出”的结构。

进一步的，所述调相步骤为，

步骤1)，让平面光波沿透镜腔轴方向穿过液体透镜装置；

步骤2)，利用电湿效应控制液体透镜两个液面的形状，并沿透镜腔轴方向分别移动Δh1和Δh2距离；