本文關(guān)鍵詞：基于微流控技術(shù)的折射率可調(diào)光學(xué)器件研究

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【摘要】：微流控光學(xué)(Optofluidics)是一種結(jié)合了微流體(microfluidic)和集成光學(xué)(Intergrated Optics)的新型交叉前沿學(xué)科,在化學(xué)分析、生物檢測(cè)、集成光學(xué)方面有很好的運(yùn)用前景,其中“芯片實(shí)驗(yàn)室”(Lab-on-a-Chip)的成功應(yīng)用將有效降低化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的樣品分析檢測(cè)成本,提高分析準(zhǔn)確性。本文基于層流液體的對(duì)流擴(kuò)散效應(yīng),提出了一種新型的具有漸變折射率分布特性并且可以實(shí)現(xiàn)折射率動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的流體漸變折射率(L-GRIN)微透鏡。利用有限元法分析了器件的結(jié)構(gòu)、尺寸以及微腔中芯層與包層流體的擴(kuò)散系數(shù)、濃度、流速、溫度、粘滯系數(shù)等因素對(duì)兩相流體擴(kuò)散過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定后的濃度及折射率分布的影響。同時(shí),本文還利用光線追跡法模擬了不同折射率分布的微透鏡對(duì)光束的調(diào)控效果,從而將微流體各種微觀影響因素與透鏡的宏觀光學(xué)透鏡建立起聯(lián)系,從分子層次上闡釋漸變折射率的形成過(guò)程及光束傳播響應(yīng)機(jī)制。本文通過(guò)調(diào)節(jié)溶液擴(kuò)散系數(shù)D、溶液濃度,芯層和包層的流速等因素實(shí)現(xiàn)了器件微腔中的折射率分布調(diào)整,設(shè)計(jì)出三種不同聚焦特性的L-GRIN微透鏡,并利用光線追跡法,對(duì)其聚焦性能分別進(jìn)行了分析。其中片上系統(tǒng)焦距可調(diào)的L-GRIN微透鏡實(shí)現(xiàn)了當(dāng)溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化從0.05增加到0.4時(shí),焦距從942μm減小到11μm;而當(dāng)液體流速由0.5×103 pL/s增加到5×103 pL/s時(shí),焦距由127.1μm減小到8μm;并且如果在保持包層流速不變的前提下大幅提高芯層液體的流速,能夠?qū)崿F(xiàn)23.5μm的焦斑尺寸穩(wěn)定輸出,而焦斑的尺寸同樣可以通過(guò)連續(xù)增加芯層流速的方式來(lái)提高。本文還設(shè)計(jì)出分別實(shí)現(xiàn)光線一維和二維偏轉(zhuǎn)和聚焦的微透鏡。通過(guò)調(diào)整一側(cè)包層流速,保持其他層流不變實(shí)現(xiàn)了輸出光線一維方向的偏轉(zhuǎn),焦距從0μm變?yōu)?8μm。采用上下左右包層和芯層流速的同時(shí)調(diào)節(jié),則實(shí)現(xiàn)了輸出光線在二維方向上的調(diào)節(jié)�？傊�,本文通過(guò)有限元法來(lái)研究L-GRIN微透鏡的光學(xué)性能,并設(shè)計(jì)了多種實(shí)現(xiàn)不同光學(xué)特性的實(shí)時(shí)可調(diào)諧微透鏡器件。其靈活可調(diào)的聚焦性能體現(xiàn)在焦距、焦斑尺寸可調(diào)以及聚焦方向可調(diào),對(duì)片上檢測(cè)系統(tǒng)以及新型自適應(yīng)光波導(dǎo)器件的設(shè)計(jì)及應(yīng)用具有重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：集成光學(xué) 漸變折射率 擴(kuò)散對(duì)流 微流控光學(xué)
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 研究背景和意義10-12
• 1.1.1 微流控技術(shù)10-11
• 1.1.2 微光學(xué)11-12
• 1.2 微流控光學(xué)技術(shù)的研究與應(yīng)用12-16
• 1.2.1 微流控透鏡與光波導(dǎo)12-13
• 1.2.2 體液芯波導(dǎo)用于不同折射率系數(shù)的粒子分離13-15
• 1.2.3 微流光傳感系統(tǒng)15-16
• 1.3 微流控技術(shù)可控微透鏡研究進(jìn)展16-20
• 1.3.1 曲面折射式微流體透鏡16-19
• 1.3.2 基于可調(diào)漸變折射率場(chǎng)的光流體透鏡19-20
• 1.4 論文的主要內(nèi)容20-22
• 第2章 基于微流控光學(xué)可調(diào)諧的漸變折射率特性研究22-31
• 2.1 微流漸變折射率理論分析22-24
• 2.2 結(jié)構(gòu)與流體性質(zhì)分析24-30
• 2.2.1 沿流體流動(dòng)方向不同橫截面處的折射率分布26-27
• 2.2.2 流速對(duì)折射率分布的影響27
• 2.2.3 中心折射率偏移27-28
• 2.2.4 中心凹陷的漸變折射率分布28-29
• 2.2.5 粘滯阻力對(duì)擴(kuò)散對(duì)流過(guò)程的影響29-30
• 2.3 小結(jié)30-31
• 第3章 片內(nèi)聚焦動(dòng)態(tài)可調(diào)L-GRIN微透鏡31-39
• 3.1 L-GRIN微透鏡的模型與理論31-33
• 3.2 仿真與討論33-38
• 3.2.1 L-GRIN微透鏡的漸變折射率分布調(diào)節(jié)33-34
• 3.2.2 焦距的調(diào)控34-35
• 3.2.3 流速的變化35-36
• 3.2.4 L-GRIN對(duì)焦斑的調(diào)節(jié)36-38
• 3.3 小結(jié)38-39
• 第4章 基于微流控光學(xué)的二維方向可調(diào)諧漸變折射率研究39-48
• 4.1 理論與器件設(shè)計(jì)39-40
• 4.2 計(jì)算與分析40-44
• 4.2.1 擴(kuò)散對(duì)流在器件中的簡(jiǎn)單分析40-43
• 4.2.2 芯層液體偏移的實(shí)現(xiàn)43-44
• 4.3 光線的偏轉(zhuǎn)與聚焦44-47
• 4.4 小結(jié)47-48
• 第5章 一維和二維L-GRIN微透鏡的設(shè)計(jì)與分析總結(jié)48-57
• 5.1 器件設(shè)計(jì)與仿真分析48
• 5.2 一維方向可調(diào)L-GRIN透鏡48-52
• 5.2.1 結(jié)構(gòu)48-49
• 5.2.2 流速對(duì)焦距的影響49-51
• 5.2.3 一維方向可調(diào)51-52
• 5.3 二維方向可調(diào)L-GRIN微透鏡52-56
• 5.3.1 器件結(jié)構(gòu)與分析52-53
• 5.3.2 出射光線焦斑分布53-54
• 5.3.3 二維方向可調(diào)54-56
• 5.4 總結(jié)56-57
• 第6章 結(jié)論與展望57-59
• 6.1 結(jié)論57-58
• 6.2 展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 致謝62-63
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄63

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2 苑偉政;焦文龍;常洪龍;;微流控的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)[J];光學(xué)精密工程;2013年12期

3 熊開(kāi)生;許永莉;馮裕釗;劉濤;杜磊磊;;集成電導(dǎo)檢測(cè)微流控化學(xué)芯片測(cè)定土壤中鐵總含量[J];后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào);2008年01期

4 李瑞;徐建棟;鄧玉林;;微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片及其應(yīng)用[J];航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程;2013年04期

5 劉勇;錢(qián)鴻鵠;朱靈;趙樹(shù)彌;張龍;;微流控實(shí)時(shí)熒光聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)成像非均勻性的校正[J];光學(xué)精密工程;2013年08期

6 楊敬松;左春檉;徐春鳳;冀封;;數(shù)字微流控生物芯片的架構(gòu)級(jí)綜合算法研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2009年05期

7 蘇波;崔大付;耿照新;陳興;;微流控光纖芯片的研究[J];儀表技術(shù)與傳感器;2006年05期

8 楊靜;楊軍;許蓉;曹毅;胡寧;鄭小林;;一種微流控細(xì)胞分離芯片及其流場(chǎng)分析[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2009年07期

9 楊敬松;左春檉;連靜;崔廣才;;基于數(shù)字微流控生物芯片的液滴調(diào)度算法[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2007年06期

10 郭建江;張榮標(biāo);楊寧;徐佩鋒;;面向免疫凝集微流控檢測(cè)的電控混沌混合方法[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2014年03期

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1 方群;;多相微流控分析和微型化儀器研制及應(yīng)用[A];第七次全國(guó)分析毒理學(xué)大會(huì)暨第四屆分析毒理專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第二次會(huì)議論文摘要集[C];2012年

2 張翼;潘文穎;蔣興宇;;基于微流控的蛋白質(zhì)分析檢測(cè)技術(shù)[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第09分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 徐濤;岳婉晴;李卓榮;姚新生;蔡國(guó)平;楊夢(mèng)蘇;;使用微流控單細(xì)胞陣列平行分析鈣離子釋放刺激的鈣離子通道的激活和抑制[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第09分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

4 方肇倫;;淺談微流控分析系統(tǒng)應(yīng)用中面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[A];第三屆全國(guó)微全分析系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

5 孫海龍;宗怡;徐敏敏;姚建林;顧仁敖;;基于表面增強(qiáng)拉曼光譜的微流控磁免疫分析[A];第十七屆全國(guó)光散射學(xué)術(shù)會(huì)議摘要文集[C];2013年

6 李泳江;文加斌;覃開(kāi)蓉;;用于細(xì)胞動(dòng)態(tài)生化信號(hào)切換刺激的微流控剪切裝置[A];第十屆全國(guó)生物力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第十二屆全國(guó)生物流變學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要匯編[C];2012年

7 廖慶豐;王雅姝;楊軍;鄧林紅;;芯片上微流控培養(yǎng)室中培養(yǎng)活細(xì)胞方法的探索[A];2008年全國(guó)生物流變學(xué)與生物力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2008年

8 張艷玲;馬嬌艷;南溪;黨福全;;聚甲基丙烯酸甲酯-微流控表面改性方法的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十屆全國(guó)發(fā)光分析學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

9 陳振玲;李勇;蔣興宇;;利用微流控技術(shù)建立癌癥細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞相互作用體系[A];中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會(huì)第九次會(huì)員代表大會(huì)暨青年學(xué)術(shù)大會(huì)論文摘要集[C];2007年

10 徐華國(guó);梁好均;;流動(dòng)聚焦型微流控體系中的液滴的圖案化排列模式和轉(zhuǎn)變[A];2014年兩岸三地高分子液晶態(tài)與超分子有序結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)研討會(huì)摘要集[C];2014年

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1 蔣西然;基于微流控的環(huán)境微生物基因檢測(cè)芯片研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 魯芳;虹吸流動(dòng)低成本微流控分析研究[D];陜西師范大學(xué);2015年

3 萬(wàn)靜;MHD微流控驅(qū)動(dòng)技術(shù)與微流控光器件研究[D];南京郵電大學(xué);2015年

4 杜冠生;細(xì)胞水平的微流控疾病診斷和高通量藥物篩選系統(tǒng)的研究[D];浙江大學(xué);2013年

5 李經(jīng)民;熱塑性聚合物立體結(jié)構(gòu)微流控器件制作方法及相關(guān)理論研究[D];大連理工大學(xué);2010年

6 楊敬松;數(shù)字微流控生物芯片的布局及調(diào)度問(wèn)題研究[D];吉林大學(xué);2008年

7 黃輝;基于磁性微球的PMMA微流控免疫分析芯片系統(tǒng)的研究[D];重慶大學(xué);2006年

8 徐章潤(rùn);順序注射—微流控分離、反應(yīng)系統(tǒng)聯(lián)用技術(shù)研究[D];東北大學(xué);2005年

9 戴敬;微流控分析系統(tǒng)中基本物理參數(shù)測(cè)量技術(shù)的研究[D];東北大學(xué);2005年

10 王蕾;固壁有速度滑移的微流控系統(tǒng)電動(dòng)流動(dòng)研究[D];華中科技大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張舟;微流控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)[D];吉林大學(xué);2009年

2 任伊娜;基于微流控的乳腺癌細(xì)胞三維培養(yǎng)芯片的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 張旭;基于微流控液滴的單細(xì)胞培養(yǎng)及篩選平臺(tái)[D];西南大學(xué);2015年

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5 高貞;基于EWOD的數(shù)字微流控器件研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

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7 楊怡;DVB空心泡沫微球的微流控成型與光聚合研究[D];西南科技大學(xué);2015年

8 宋寧寧;基于動(dòng)電微流控技術(shù)的微粒操控研究[D];齊魯工業(yè)大學(xué);2015年

9 甘露;基于微流控的即時(shí)檢測(cè)芯片的設(shè)計(jì)與制造[D];大連理工大學(xué);2015年

10 劉仁江;微流控神經(jīng)干細(xì)胞芯片的設(shè)計(jì)、制備、檢測(cè)及應(yīng)用[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

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