CN112526777B - 一种基于声表面波折射率场虚拟雕刻的声光透镜芯片 - Google Patents
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Abstract
一种基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片，包括压电基底，压电基底的一侧设有叉指电极，设有叉指电极的压电基底一侧键合有固体介质；使用时，将基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片放置在目标前，叉指电极调节固体介质的密度，在固体介质内进行折射率场的虚拟雕刻；由目标所发出的光线经过固体介质内的折射率场调制后，光线产生偏转，导致图像的焦距产生变化；通过改变叉指电极上的电压，调整焦距，使得最终所呈的像为清晰的图像；本发明适用于组织体模等散射介质。
Description
技术领域
本发明属于表面声波技术与光学技术领域，具体涉及一种基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片。
背景技术
基于压电材料和叉指电极(Interdigital Electrode,IDT)的声表面波器件有着悠久的历史和广泛的应用，平面声表面波器件最初被用作雷达，然后是滤波器、光栅、声光调制器、生物传感器和声镊。近年来，声流控器件，特别是基于微机电系统(Micro electromechanical system,MEMS)技术的声表面波(Surface Acoustic Waves,SAW)微流控器件，因其具有温和、无标记的分选能力而备受关注，其可以实现粒子和液滴的混合、聚合、驱动、排列、分离，甚至控温或传感等，使声表面波器件在生物学、化学甚至法医学分析等领域成为一种强大而先进的工具。
微尺度光学元件在成像显示技术、生物传感、光调制、光开关、波前分析和器件小型化等方面发挥着重要作用，在这些器件中，平面器件具有更多的优点。薄而轻的外形尺寸，以及与微加工技术的兼容性，使得它们非常适合与MEMS系统集成，平面声表面波光学器件通常用作声光偏转器或声光频移器。与之不同的是，圆柱形声光调制器可以聚焦和调制准直光源并形成图像，利用圆柱形超声波阵列，可以在介质中雕刻出复杂的光图案。此外，这种利用声波改变介质折射率分布的方法可用于通过混浊介质传输底层结构的图像，作为植入有创内窥镜的潜在替代方案。
然而，这些声光透镜(为了区别于用于聚焦声波的声学透镜，利用声波聚焦光束的虚拟透镜暂称为声光透镜)是基于空心圆柱形声换能器，意味着换能器必须完全包裹在介质中才能实现虚拟光波导的超声雕刻；圆柱形超声波传感器具有非常好的成像性能，但限制了待观察样品的尺寸和类型，例如，样品不能大于圆柱体，除非将其截下一部分观察；这种声光透镜体积硕大，很难被集成在MEMS系统中。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片，在固体介质内进行折射率场的虚拟雕刻，使用叉指电极产生声表面波调制垂直于芯片入射的光线，并调节图像的光强和清晰度，并适用于组织体模等散射介质。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1，包括压电基底1-1，压电基底1-1的一侧设有叉指电极1-2，设有叉指电极1-2的压电基底1-1一侧键合有固体介质1-3。
使用时，将所述的基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1放置在目标2前，基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1垂直于目标2所发出的光束放置，叉指电极1-2调节固体介质1-3的密度，在固体介质1-3内进行折射率场的虚拟雕刻；由目标2所发出的光线经过固体介质1-3内的折射率场调制后，光线产生偏转，导致图像的焦距产生变化；通过改变叉指电极1-2上的电压，调整焦距，使得最终所呈的像为清晰的图像3。
所述的基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1能够调制垂直于芯片入射的光线。
所述的基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1为平面形状的芯片，易于集成在MEMS系统中，能够直接附着在样品上使用。
所述的基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1能够用于散射介质，散射介质包括组织模型或皮下脂肪层，提高通过散射介质拍摄的图像清晰度。
本发明的有益效果为：
本发明可以调节被键合的固体介质1-3的密度，从而调节折射率，并最终聚焦光束；通过对光束进行调制，可以提高图像的清晰度，调节光强；本发明可以调制垂直于芯片入射的光线，这是其他声表面波声光器件所做不到的。
本发明还可用于散射介质，如组织模型或皮下脂肪层，提高通过散射介质拍摄的图像的清晰度。
本发明是一个平面形状的芯片，易于集成在MEMS系统中，可以直接附着在样品上使用。相比圆柱式声光设备，更易于集成，只要能键合，声波就可以从IDT传输到任何固体介质2，并塑造出折射率场，这使得其有可能被用作平面微尺度光学元件，优化通过皮肤或其他组织捕捉到的图像。
附图说明
图1为本发明实施例的三维视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
参照图1，一种基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1，包括压电基底1-1，压电基底1-1的一侧设有叉指电极1-2，设有叉指电极1-2的压电基底1-1一侧键合有固体介质1-3。
使用时，将所述的基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1放置在目标2前，基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1垂直于目标2所发出的光束放置，叉指电极1-2调节固体介质1-3的密度，在固体介质1-3内进行折射率场的虚拟雕刻；由目标2所发出的光线经过固体介质1-3内的折射率场调制后，光线产生偏转，导致图像的焦距产生变化；通过改变叉指电极1-2上的电压，调整焦距，使得最终所呈的像为清晰的图像3。
基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1能够调制垂直于芯片入射的光线；基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1为平面形状的芯片，易于集成在MEMS系统中，能够直接附着在样品上使用；基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片1能够用于散射介质，散射介质包括组织模型或皮下脂肪层，提高通过散射介质拍摄的图像清晰度。
Claims (4)
1.一种基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片(1)，其特征在于：包括压电基底(1-1)，压电基底(1-1)的一侧设有叉指电极(1-2)，设有叉指电极(1-2)的压电基底(1-1)的一侧键合有固体介质(1-3)；
使用时，将所述的基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片(1)放置在目标(2)前，基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片(1)垂直于目标(2)所发出的光束放置，叉指电极(1-2)调节固体介质(1-3)的密度，在固体介质(1-3)内进行折射率场的虚拟雕刻；由目标(2)所发出的光线经过固体介质(1-3)内的折射率场调制后，光线产生偏转，导致图像的焦距产生变化；通过改变叉指电极(1-2)上的电压，调整焦距，使得最终所呈的像为清晰的图像(3)。
2.根据权利要求1所述的一种基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片(1)，其特征在于：能够使用声表面波调制垂直于芯片入射的光线，并调节图像的光强和清晰度。
3.根据权利要求1所述的一种基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片(1)，其特征在于：所述的基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片(1)为平面形状的芯片，易于集成在MEMS系统中，且能够直接附着在样品上使用。
4.根据权利要求1所述的一种基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片(1)，其特征在于：所述的基于声表面波和声光调制的平面可集成透镜芯片(1)能够用于散射介质，散射介质包括组织模型或皮下脂肪层，提高通过散射介质拍摄的图像清晰度。
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