基于介电润湿效应微流控液体光学棱镜的研究

 光束偏转技术在通信、激光雷达、自由空间光通信等诸多领域有着广泛的应用。传统的光束方向控制设备主要依靠机械装置改变光轴方向来实现对光束方向的控制，但是其结构复杂、可靠性低、质量大、响应时间过长且不利于微型化。鉴于液体光学棱镜具有无机械操作、光束偏转角度大、响应速度快和无偏振依赖性等诸多优点，本文在介质上电润湿效应的研究工作基础上，提出了新型的基于介电润湿技术的双相/三相液体光学棱镜系统，主要研究工作如下： 1、介绍光束偏转技术和介电润湿效应的研究现状和研究背景，阐述固体表面能和液体表面张力的概念，采用热力学和电化学模型推导介质上电润湿的基础理论——Young-Lippmann方程，讨论了介质上电润湿效应所面临的问题。 2、通过对介质上电润湿效应及液体光学棱镜工作原理的分析，设计并制作基于介电润湿效应的双相/三相液体光学棱镜系统，计算液体光学棱镜的最大光束偏转角（最大光束偏转范围），分析材料种类、交直流电压等因素对器件性能的影响，给出了器件制作工艺和相关参数，为后续基于介电润湿效应的液体光学棱镜进一步实用化提供了借鉴。 3、使用COMSOL Multiphysics4.3a建立基于介电润湿效应的液体光学棱镜物理模型，分析液体界面面形和流体内部速度场随电压的变化，讨论动力粘度系数对棱镜响应时间及稳定性的影响，给出器件的最佳响应时间。 最后，论文总结了本文的主要研究内容和取得的成果，对本文未完成的工作和后续工作的方向进行了总结与展望。