基于PDMS基片的可变焦柱透镜

设计并制作了一种基于聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）基片的可变焦微型柱透镜。这种柱透镜主要由一根埋入PDMS基片中的玻璃毛细管构成,通过选择毛细管内液体的折射率实现变焦功能。液体折射率为1.451 8～1.550 2时,柱透镜焦距可由21.369 mm减小到3.362 mm,变焦倍数达到6.4倍。用散射光成像方法观察并拍摄了平行光通过这种可变焦柱透镜后的光线轨迹图;用ZEMAX光学设计软件摸拟了成像过程,模拟结果和实验图像相符;用高斯光学的逐次成像方法推导出了这种柱透镜的焦距公式,焦距的计算结果和实验以及模拟结果吻合。PDMS基片中可变焦微型柱透镜的成功制作,为＂芯片上的实验室＂提供了一种重要的光学成像元件。     

用液芯柱透镜快速测量液相扩散系数-折射率空间分布瞬态测量法

本文提出了一种快速测量液相扩散系数的方法, 该方法以液芯柱透镜作为液相扩散池和成像元件, 利用柱透镜成像过程中特有的折射率空间分辨测量能力, 只需记录一幅瞬态扩散图像, 根据图像的像宽与折射率的对应关系, 基于扩散定律快速计算出液相扩散系数. 实验研究了室温(25℃)下乙二醇和纯水间的扩散过程, 用折射率空间分布法测量了扩散系数, 和其他测量方法得到的结果进行了分析对比, 结果表明:用折射率空间分布法测量液相扩散系数具有数据采集耗时短(～20 ms)、测量速度快(<1 s)、精度高(相对误差<3%)和操作简单的特点, 为快速测定液相扩散系数提供了一种有效的新方法.     

连续变焦微型液体柱透镜系统的设计与制备

设计并制备了一种具有较大变倍比及较高成像质量的充液式连续变焦微型柱透镜系统。该系统由埋入聚二甲基硅氧烷基片的两片对称弯月柱透镜及一片双凸柱透镜构成：两弯月柱透镜边缘位置胶合形成空腔,改变注入其中的液体折射率,可实现柱透镜系统的连续变焦;双凸柱透镜的优化设计可控制柱透镜系统整个变焦范围内的像差。当柱透镜系统中注入的液体折射率由1.3330变化到1.5530时,可实现系统后焦距由52.292～4.972 mm的连续平滑变化。整个变焦范围内,柱透镜系统径向弥散斑均方根半径始终小于5μm,接近衍射极限。对柱透镜系统的可能公差进行了详细分析,证实了该设计的可行性,并完成了透镜系统的加工制备及后焦距、调制传递函数曲线的测量。该变焦系统具有变倍比高、体积小、结构简单稳定、成像质量高等优势,可用于集成化的微型设备中。     

基于液芯柱透镜实现透明液体质量分数的测量

通过测量基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的液芯柱透镜的后焦距,可实现液体折射率的快速测量;根据液体质量分数与折射率之间的良好线性关系,准确计算出待测透明液体的质量分数.搭建光学测量系统,以NaCl溶液和蔗糖溶液为例,构建了液体质量分数与液体折射率的关系模型,实现了溶液质量分数的测量,并对其测量不确定度进行了分析.基于PDMS基片的液芯柱透镜对注入其中的液体折射率的最小分辨能力优于0.000 2 RIU,质量分数测量不确定度可控制在0.12%以内.该测量方法适用于微量液体折射率及质量分数的测量.