基于光子晶体光纤的激光微泵驱动、控制和检测本位一体系统研究

微流体装置和分析系统在药物、燃料输运和检测等方面取得广泛的应用，而微泵是微系统关键装置之一。传统微泵技术存在不能实现单粒子的有效输运、不能进行本位检测的缺陷。本项目提出一种新的微泵技术，基于光子晶体光纤的激光微泵，集驱动、控制和检测本位一体。利用光子晶体光纤的多孔结构提供微流道，利用光子带隙作用实现光波导，利用激光的辐射力驱动微流体及流体中的粒子，通过调节能量来控制微流体及粒子输运速度，结合双光束多普勒效应实现粒子流速检测。本系统可以实现单粒子的输运，为微燃烧机理研究奠定基础，也可实现含有多粒子的多相流输运。该系统克服了现有微泵驱动、控制和检测集成的技术难题，不仅可应用于能源领域，而且还可以用于环境化学、生命科学、生物医药、航空航天等诸多领域。

针对微流体和微燃烧系统中不能实现单粒子输运、操控和检测的问题，本项目提出激光微泵驱动和控制技术，并集成光子晶体光纤检测技术，实现一体化系统。. 本项目主要集中开展了四个方面的研究：(1) 激光操控单颗微粒作用模型、理论计算、系统设计、平台搭建及实验研究：分析和计算单颗微粒在激光驱动和控制作用下的综合受力；获得了不同激光器参数、单颗微粒参数及环境介质参数对激光辐射力的综合影响；搭建激光操控不同环境中不同的单颗微粒的实验系统平台和微通道加工实验系统；实验研究了多种单颗微粒（聚苯乙烯、活性炭、石墨烯、氧化石墨烯和煤等）在不同环境（空气、水和航空煤油）中的操控特性。(2) 光子晶体光纤特性、设计及实验研究：分析光子晶体光纤的传输特性、结构特性、耦合特性和干涉特性；搭建光子晶体光纤特性研究实验系统平台；实验研究了光子晶体光纤的传输模式、耦合光斑、相干合成、相位调制特性，实现光子晶体光纤弯曲和温度传感。(3) 微粒在微通道内的流动特性研究：分析微流体流动特征；讨论微流体流动特性影响因素；选择和优化不同微通道形式下微流体的流场分布；微通道内颗粒流动特性的模拟和分析；(4) 光子晶体光纤多普勒差分式速度计研究：基于光子晶体光纤的多普勒差分式速度测量理论；光子晶体光纤嵌入微通道的实验研究；光子晶体光纤多普勒差分式速度计测量微粒速度的实验研究；应用光子晶体光纤多普勒差分式速度计测量小型水平轴风力发电机启动和低风速下的运动特性。. 本项目按照研究计划执行，取得了跟本项目相关的若干研究成果：发表论文3篇，参加国际会议3人次，申请专利10项，已获授权专利4项，开展了与美国华盛顿大学微技术实验室关于多束锥形双芯光子晶体光纤操控微/纳颗粒的合作研究，入选浙江省高校中青年学科带头人1名，主持国际会议分会场1次，培养研究生3名。