[发明专利]一种基于渐变折射率流体微透镜的焦斑动态调节方法

权利要求书

1.一种基于渐变折射率流体微透镜的焦斑动态调节方法，其特征在于：该焦斑动态调节方法采用片内焦斑动态可调的流体微透镜，所述流体微透镜包括微腔、芯层流道、包层流道和出口流道，所述包层流道与所述微腔的进口的周围一圈均连通，所述芯层流道与芯层入口连通，所述芯层入口的内径比所述微腔的内径小，且所述芯层入口与所述微腔在同一根轴线上，所述芯层入口的出口处与所述包层流道连通且正对所述微腔的进口，所述微腔的出口与所述出口流道连通；

所述焦斑动态调节方法包括以下步骤：

(1)通过所述芯层流道和包层流道，向所述微腔中注入芯层流体和包层流体，所述芯层流体和包层流体彼此之间只存在扩散和对流运动而不发生化学反应，包层流体均衡地环绕着芯层流体，所述芯层流体和包层流体之间不存在相对滑移，所述芯层流体和包层流体是具有不同折射率的两种流体；

(2)所述微透镜的光束传播方向与流体流动方向一致；

(3)通过调节流体流速、温度、浓度或微流体种类，控制流体扩散过程，实现对所述微腔中折射率空间分布的调控；

(4)在流体高流速的情况下，进行焦斑尺寸动态调节：当平均流速和芯层流速大于高流速阈值时，微腔中心的两相流体之间没有足够的时间扩散，这时腔内的折射率分布的中心区域的折射率最高且为恒定值，伴随着微腔边缘区域的渐变折射率分布，形成出射光线焦斑。

2.如权利要求1所述的一种基于渐变折射率流体微透镜的焦斑动态调节方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述扩散对流过程由流体平均速度U和扩散系数D决定，其中扩散系数D受浓度C和温度T影响，因此改变流体平均速度U、浓度C和温度T会对渐变折射率流体微透镜的性能有调控作用。

3.如权利要求1或2所述的一种基于渐变折射率流体微透镜的焦斑动态调节方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在假定液体温度不变，液体的扩散系数D、浓度C和平均速度U将是扩散对流过程的影响因素，直接决定渐变折射率流体微透镜的聚焦性能。

4.如权利要求1或2所述的一种基于渐变折射率流体微透镜的焦斑动态调节方法，其特征在于：所述步骤(4)中，保持液体温度、质量分数、微流体种类不变，且芯层流速大于5×103pL/s，得出流速变化对微腔内流体折射率分布的影响，从而实现对渐变折射率流体微透镜的焦斑尺寸的动态调节。

5.如权利要求1或2所述的一种基于渐变折射率流体微透镜的焦斑动态调节方法，其特征在于：沿着液体流动方向的折射率分布用公式表示为：

n＝1.1×10^-12s⁶-2.2×10^-13s⁵-6.45×10^-9s⁴-2.73×10^-10s³+3.62×10^-6s²

+1.99×10^-6s+1.3533

其中，变量y和z代表坐标轴y轴和z轴对应的坐标参量。

6.如权利要求1或2所述的一种基于渐变折射率流体微透镜的焦斑动态调节方法，其特征在于：所述中心折射率恒定区域的尺寸是决定焦斑尺寸的主要因素，边缘渐变折射率区域与中心恒定折射率区域共同决定了渐变折射率流体微透镜的折射率分布，从而实现焦斑尺寸的动态调控。

7.如权利要求1或2所述的一种基于渐变折射率流体微透镜的焦斑动态调节方法，其特征在于：所述芯层流道、包层流道平行布置，且所述包层流道与所述微腔的轴线呈相互垂直布置。