[发明专利]一种电润湿驱动液体可调光学棱镜

说明书

一种电润湿驱动液体可调光学棱镜，用以解决现有光学扫描器件的设计和生产问题。其基本结构在于包括棱镜载体（1）、介质电润湿线墙（2）及透明的上、下盖片；所述的棱镜载体（1）主体为方形通孔状结构，介质电润湿线（3）以排绕方式在通孔内壁与外壁之间纵向穿绕成线匝状，在方形通孔内壁形成介质电润湿线墙（2），线墙沿纵向分成n个区域块，各区域块线墙间电绝缘；所述的介质电润湿线（3）由导电线芯（5）外裹绝缘层（6）和疏水层（7）形成；通孔被透明的上、下盖片密封为液体棱镜腔（4），其内存储具有不同的折射率、互不相溶的透明导电液体和绝缘液体作为液体棱镜材料，通过与介质电润湿线墙（2）发生的电润湿效应，液体间弯曲界面在特定电压下保持平面，改变控制电压可控制平面偏转以实现光学扫面。

技术领域

本发明专利涉及一种新颖的电润湿驱动液体可调光学棱镜结构及其工作原理，属于光电扫描、光束偏转控制和光信息处理器件的技术领域。

背景技术

传统的扫描系统是通过移动棱镜相对光电传感器的位置来实现扫描，很容易受到外力的损伤而出现故障，并且传统扫描系统的响应时间较长。液体扫描棱镜系统不需要任何的机械传动装置，系统也不易受到外力损伤。液体扫描棱镜是通过改变液体的形状来实现扫描，其响应时间只有几个毫秒，且无需机械移动即能实现焦距的调节，具有结构紧凑、控制灵活、制造成本低、无机械磨损、易于集成等诸多优点，可望克服传统光学系统所面临的困难。

一个将成为下一代光束控制技术的就是通过进行电润湿调制实现的微流控光学光器件。目前，大多数电润湿光学新产品都是可调的液态透镜系统和显示器。Syed AzerReza 和 Nabeel A. Riza将电湿效应变焦液体透镜用于可调光衰减器的研究，他们的方法是利用液体透镜曲率的电控变化，将其边沿模拟一个电控光学棱镜，从而实现光束偏转控制。这种方法在计算过程中将微透镜的接触球面折射等效为平面折射，计算误差比较大。利用电润湿微棱镜进行光束控制的理论能通过特定电压调制液体接触角从而模拟各种几何棱镜中的折射，是一种真正意义上的电控光学棱镜，给实验和研究带来极大的便利。

在本器件模型中，液体接触角很容易转换成棱镜顶角。在导电液体和上下导电平板电极之间的分别施加电压V₁和V₂，可以有效地分别改变导电液体与介电层之间的界面张力，从而改变导电液体与介电层的接触角为和。根据杨氏方程，液体接触角（i=1，2）取决于三相之间的界面张力，即：

其中i=1，2；为导电溶液和绝缘油间的界面张力， 和d分别为绝缘介电层介电系数和厚度，为外加电压为0时固液初始接触角。

EMP调制过程如下所述。当外加电压为0时，由于器件侧壁上涂覆有疏水的含氟聚合物，它与导电溶液接触角很大(～115°)，水和油之间接触面会形成一个球面。在绝缘介电层中加电压（电荷），液体和含氟聚合物间的有效表面张力将会减小，从而会导致接触角（和）的减小。当所加电压满足条件时，弯月面变成扁平面。当同时满足、和时，可形成液体棱镜。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电润湿驱动液体可调光学棱镜结构，简化制作过程，改进生产工艺，解决液体棱镜的生产成本问题。