基于激光诱导热透镜效应的光流控光束成形技术研究

基本信息
批准号:61377068
项目类别:面上项目
资助金额:83.00
负责人:张需明
学科分类:
依托单位:香港理工大学深圳研究院
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:黄健洪,王宁,檀付瑞,陈庆明,林文英,吴其峰,孙悦
关键词:
液体波导光束成形热透镜效应光流控学微流控光学
结项摘要

Optofluidics is an emerging technology that aims to synergize optics and microfluidics. In-plane beam shaping is the base for the manipulation of light in optofluidic systems and has paramount importance to many applications such as input/output optical coupling, in-plane optical trapping, etc. The prevailing tunable liquid lens method relies on external flow pumps to adjust the focusing properties and suffers from slow response (~ 1 s) and many other drawbacks, presenting key limitations for microfluidics to exerting its full potential in optical functionalities. This project proposes a new beam shaping method based on laser-induced thermal lens effect. This method utilizes a continuous-wave pump laser and shines it onto a metal structure patterned on the substrate of optofluidic waveguide. The metal absorption heats up the fluid, the thermal diffusion together with the motion of fluids generate a gradient-index profile to diverge/converge the probe laser. This method can be envisioned to have a much faster response speed (<10 ms) and to possess other merits such as non-contact remote control, flexible relocation of point of interest, support of homogeneous fluid, easy integration with current microfluidic systems and so on. The research topics cover mainly: (1) theoretical analysis and numerical computation of laser-induced thermal lenses; (2) experimental verification of theoretical models and demonstration of basic beam shaping functions; and (3) optimization and demonstration of aberration-free thermal lenses. Our pilot studies have already shown controllable beam divergence and convergence, which lay a solid foundation for this project.

光流控学是新兴的一个学科,致力于光学和微流控学的有机集成。二维液体波导面内的光束成形,是光流控系统中光场调控的基础技术,对于输入输出耦合、面内光镊等应用具有重要意义。然而,目前基于变焦距液体透镜的光束成形技术,依赖外界液泵,具有响应慢(约1s)等缺点,严重制约了微流控系统发挥在光学应用的潜力。本项目提出基于激光诱导热透镜效应的光束成形新技术,利用液体波导基底上的金属图样吸收泵浦激光提供热源,结合液体的流动产生渐变折射率分布,以调控探测光的发散和会聚。此方法大大提高了响应速度(<10 ms),并具有非接触式调节、操控点灵活可变、容许使用均一液体、易于与现有微流控系统集成等优点。研究内容包括:(1)激光诱导热透镜的理论分析和数值模拟;(2)理论模型实验验证和光束成形基本功能的实现;(3)无像差热透镜的优化设计和实现。先期开展的预研工作已经成功观察到可调的光束发散和会聚,为本项目打下良好的基础。

项目摘要

光流控学通过有机地结合光学和微流控学,来发挥两者的优点。其中一个基础技术,就是进行二维液体波导面内的光束成形,对于输入输出耦合、面内光镊等应用具有重要意义。然而,目前基于变焦距液体透镜的光束成形技术,依赖外界液泵,具有响应慢(约1s)等缺点,严重制约了微流控系统发挥在光学应用的潜力。本项目提出基于激光诱导热透镜效应的光束成形新技术,利用液体波导基底上的金属图样吸收泵浦激光提供热源,结合液体的流动产生渐变折射率分布,以调控探测光的发散和会聚。此方法大大提高了响应速度(<10 ms),并具有非接触式调节、操控点灵活可变、容许使用均一液体、易于与现有微流控系统集成等优点。研究成果主要包括:(1)激光诱导热透镜的理论分析和数值模拟;(2)理论模型实验验证和光束成形基本功能的实现;(3)无像差热透镜的优化设计和实现。已发表19篇期刊论文,分别发表在Lab on a Chip,Light: Science and Applications等,其中两篇文章被选中封面内页或者封底,并获得了3项国际会议最佳论文。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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