CN110161596B - 一种制作变焦液体微透镜的装置及方法 - Google Patents

一种制作变焦液体微透镜的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制作变焦液体微透镜的装置及方法，该装置包括激光器1、电子快门2、光阑3、激光反射镜4、背景光源11、三维移动平台9、铌酸锂芯片10、聚焦物镜5、观测物镜6、滤光片7、CCD相机8。本发明由激光光路、实时观测光路两部分组成，通过利用辐照铌酸锂产生的光生伏打电场实现不同焦距液体微透镜的制作，该方法具有液体微透镜焦距实时可控等特点，且整个过程可实时观测。微透镜是一种重要的光学器件，因此，该技术可应用聚焦、成像、光束整形等诸多领域，对光学行业的发展具有重要的意义。

Description

一种制作变焦液体微透镜的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种微液滴操控技术，具体是一种制作变焦液体微透镜的装置及方法。
背景技术
随着微透镜制备技术的迅速发展，微透镜在光学行业占有举足轻重的地位，因而其成为光学行业的研究热点。微透镜技术主要应用于光束整形、聚焦、成像等方面。它对光学信息处理等领域的发展具有显著的意义。
2018年，黄宇等人公开了一种微透镜阵列及其微流控芯片的制作方法及系统(申请公布号为：CN108680970 A)他们将光刻胶溶液与酒精液体交汇于同一输出管道内，光刻胶液体被酒精液体切断形成光刻胶液滴，使用多个输出管道将所述光刻胶液滴均匀滴落在腔体表面形成液滴阵列，待光刻胶液滴完全固化及腔体表面的酒精液体完全蒸发后，得到微透镜阵列。该制作方法虽然可制作大面积微透镜阵列，但其装置较为复杂，且制作微透镜需要微通道，存在死体积问题，此外，酒精液体与光刻胶液体混合，容易造成交叉污染问题。
2018年，刘永顺等人公开一种曲率可控的复眼透镜的制备方法(申请公布号为：CN108663730 A)他们的制备过程包括刻蚀微孔阵列，成型第一光敏胶凸模、第一PDMS弹性凹模、第二光敏胶凸模、第二PDMS凹模，热压成型PC基的曲面复眼透镜等步骤。该方法虽然可曲率可控的复眼透镜，但其制作过程繁琐，工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是为了制作一种变焦液体微透镜。目前已报道的制备微透镜方法存在诸多缺点，如：操作工艺复杂，制作周期较长，成本较高；制作的微透镜不能随时变焦等；制作微透镜装置复杂，需要模具、微通道等，容易造成死体积、交叉污染等问题，针对上述问题，本发明提供一种简单、易行、焦距随时可变的液体微透镜制作方法。
一种变焦液体微透镜的制作方法，其特征在于：405nm激光器1、电子快门2、光阑3、激光反射镜4、聚焦物镜5、三维移动平台9、铌酸锂芯片10固定在刚性架上形成液体微透镜制作光路；背景光源11、铌酸锂芯片10、观测物镜6、滤光片7、CCD相机8固定在刚性架上形成液体微透镜观测光路；将微液体导入铌酸锂片，调节三维移动平台使激光光斑位于液体正下方时，激光辐照铌酸锂片产生的电场对极性液体施加介电泳力，此刻极性液体在介电泳力的作用下开始凸起，达到所需液体微透镜的焦距，关闭激光，由于铌酸锂片产生的电场会维持较长时间，所以，凸起的液体也将保持此刻焦距较长时间，再次辐照铌酸锂片，电场继续增加，液体受到更大的介电泳力，继续向上凸起，从而制得不同焦距的液体微透镜。
一种变焦液体微透镜的制作方法，其特征在于：固定光强，通过控制时间来制备不同焦距液体微透镜，反之，固定时间，调节光强大小也可制备不同焦距液体微透镜。
一种变焦液体微透镜的制作方法，其特征在于：通过调节铌酸锂片的吸收系数，可实现多个不同焦距的液体微透镜的制备。
与现有技术相比，本发明的优点在于：基于以单个铌酸锂芯片为基底的液体微透镜制作，其装置结构简单、成本低廉；只需要简单通过激光辐照铌酸锂芯片即可利用铌酸锂芯片产生的光生伏打效应实现焦距不同的液体微透镜的制作，该方法具有制作的液体微透镜焦距大小可控和整个过程可实时观测等特点。
附图说明
图1为本发明制作变焦液体微透镜的装置整体结构示意图。
图2为本发明制作变焦液体微透镜制作方案的一种实施例(实施例1)的变焦液体微透镜过程图。
图3为本发明制作变焦液体微透镜制作方案的一种实施例(实施例2)的变焦液体微透镜过程图。
图4为本发明制作变焦液体微透镜制作方案的一种实施例(实施例3)的变焦液体微透镜过程图。
图5为本发明制作变焦液体微透镜制作方案的一种实施例(实施例4)的变焦液体微透镜过程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明
本发明公开了一种制作变焦液体微透镜的装置及方法，该装置包括：激光器1、电子快门2、光阑3、聚焦物镜5、三维移动平台9、铌酸锂芯片10、按顺序形成激光光路；背景光源11、铌酸锂芯片10、观测物镜6、滤光片7、CCD相机8按顺序形成实时观测光路。
本发明公开了一种制作变焦液体微透镜的装置及方法，该方法的操作步骤为：将微液滴导入铌酸锂芯片10上，并将铌酸锂芯片置于透明微调三维平移台上，调节透明微调三维平移台，使待操控液滴位于物镜焦点上，利用CCD相机捕获清晰的物象；调节激光器功率，打开电子快门，激光经反射镜反射进入聚焦物镜并聚焦于铌酸锂芯片上；调节激光辐照铌酸锂芯片的光强大小、铌酸锂片+c和-c面及选择不同吸收系数的铌酸锂芯片等参数，即可制得一系列不同焦距大小的液体微透镜。
正如上文所述的激光器1，若要高效制作液体微透镜，则要求激光器1发出的激光能在铌酸锂片上有效地激发出载流子，所以对其波长有一定限制，其波长应介于400～500nm之间，其功率应介于10～20mW；背景光源11可使用卤素灯；聚焦物镜7放大倍率应当介于10～30倍，便于提高激发效率。观察路径所需的物镜放大倍率应处于5倍以下，综合以上因素及变焦液体微透镜制作效果，各参数的优选范围是：激光器波长应介于400～500nm，其激光功率应介于10～20mW；背景光源11选用卤素灯；聚焦物镜放大倍率应介于10～30倍，观测物镜放大倍率应介于3～5倍。此外，为保证光的正确传播和测量精度，光路上所有光学元件和电子器件均固定在刚性连接架上。
本发明方案的工作原理：将微液体导入铌酸锂片，调节三维移动平台，使激光光斑位于液体正下方时，打开激光，由于激光辐照，铌酸锂片内产生激发载流子形成电场，电场对极性液体的作用力为介电泳力，持续辐照，会产生更大的介电泳力，此刻极性液体在介电泳力的作用下开始凸起，达到所需液体微透镜的焦距，关闭激光，由于铌酸锂片产生的电场会维持较长时间，所以，凸起的液体也将保持此刻焦距较长时间，打开激光，铌酸锂片又激发载流子，电场继续增加，液体受到更大的介电泳力，继续向上凸起，从而制得不同焦距的液体微透镜。本发明中通过利用铌酸锂的-c面，调节时间、铌酸锂片吸收系数等参数，从而制得不同焦距的液体微透镜。
下面给出本发明实现制作变焦液体微透镜制备的具体实施例，具体实施例仅用于详细说明本发明，并不限制本申请权利要求的保护范围。
实施例1
使用405nm激光器，吸收系数为3.1cm-1，铌酸锂片-c面，激光功率为11.7mW，背景光源选用卤素灯，聚焦物镜放大倍数为25倍，将微液体导入铌酸锂芯片上，移动三维平台使激光位于液体正下方，打开电子快门，使用实时观测光路观察液体凸起的焦距大小，达到所需焦距，关闭激光，即可得到焦距合适的液体微透镜。
实施例2
使用405nm激光器，吸收系数为4.7cm-1，铌酸锂片-c面，激光功率为11.7mW，背景光源选用卤素灯，聚焦物镜放大倍数为25倍，将微液体导入铌酸锂芯片中导入铌酸锂芯片上，使激光位于液体正下方，打开电子快门，使用实时观测光路观察液体凸起的焦距大小，达到所需焦距，关闭激光，即可得到焦距合适的液体微透镜。
实施例3
使用405nm激光器，吸收系数为7.9cm-1，铌酸锂片-c面，激光功率为11.7mW，背景光源选用卤素灯，聚焦物镜放大倍数为25倍，将微液体导入铌酸锂芯片上，使激光位于液体正下方，打开电子快门，使用实时观测光路观测液体凸起的焦距大小，达到所需焦距，关闭激光，即可得到焦距合适的液体微透镜。
实例4
使用405nm激光器，吸收系数为13.9cm-1，铌酸锂片-c面，激光功率为11.7mW，背景光源选用卤素灯，聚焦物镜放大倍数为25倍，将微液体导入铌酸锂芯片上，使激光位于液体正下方，打开电子快门，使用实时观测光路观测液体凸起的焦距大小，达到所需焦距，关闭激光，即可得到焦距合适的液体微透镜。
以上所述具体实例对本发明的技术方案、实施办法做了进一步的详细说明，应理解的是，以上实例并不仅用于本发明，凡是在本发明的精神和原则之内进行的同等修改、等效替换、改进等均应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种变焦液体微透镜的制作方法，其特征在于：405nm激光器1、电子快门2、光阑3、激光反射镜4、聚焦物镜5、三维移动平台9、铌酸锂芯片10固定在刚性架上形成液体微透镜制作光路；背景光源11、铌酸锂芯片10、观测物镜6、滤光片7、CCD相机8固定在刚性架上形成液体微透镜观测光路；将微液体导入铌酸锂片，调节三维移动平台使激光光斑位于液体正下方时，激光辐照铌酸锂片产生的电场对极性液体施加介电泳力，此刻极性液体在介电泳力的作用下开始凸起，达到所需液体微透镜的焦距，关闭激光，由于铌酸锂片产生的电场会维持较长时间，所以，凸起的液体也将保持此刻焦距较长时间，再次辐照铌酸锂片，电场继续增加，液体受到更大的介电泳力，继续向上凸起，从而制得不同焦距的液体微透镜。
2.根据权利要求1所述的一种变焦液体微透镜的制作方法，其特征在于：固定光强，通过控制时间来制作不同焦距液体微透镜，反之，固定时间，调节光强大小也可制作不同焦距液体微透镜。
3.根据权利要求1所述的一种变焦液体微透镜的制作方法，其特征在于：通过调节铌酸锂片的吸收系数，可实现多个不同焦距的液体微透镜的制作。
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