南京邮电大学，电子与光学工程学院、微电子学院，南京 210046
通常一种光开关只适用于一个特定的较窄领域。文章提出了一种基于介质上电润湿驱动技术的微流控矩阵光开关，可较广泛地应用于光通信和光电子系统中，并且结构简单、操作方便、偏振无关，易集成大型矩阵开关。文章给出了矩阵光开关的结构和工作原理，并设计了矩阵驱动电路。光开关的工作电压为58 V。研究结果表明：此矩阵光开关从“开”到“关”和从“关”到“开”的响应时间分别为120和100 ms；其插入损耗为0.26 dB，远比一般矩阵光开关低；消光比大，为139.7 dB。此外，文章给出了两种应用方案：光电显示器和多光束阵列开关。该课题的工作可为大型可集成矩阵光开关提供新的思路，并可促进微流控光学在光电子系统中的应用。
微流控光学 介质上电润湿效应 矩阵光开关 optofluidics electrowetting-on-dielectric matrix optical switch
南京邮电大学, 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210046
文章提出了一种微流控多功能器件, 利用介质上电润湿(EWOD)效应灵活改变进光能量, 可实现可变光圈、可变光衰减器和光开关等多个功能。其具有结构简单、体积小、操作简便、应用广且灵活和成本低等优点。文章分析讨论了所提微流控多功能器件的光学特性并做了结构优化。研究结果表明, 所提微流控多功能器件的插入损耗很小, 仅为0.014 dB; 液体可变光圈的通光孔径变化范围为0~0.506 mm; 可变光衰减器理论上具有0 ~100% 的可变衰减范围, 外加 91.1 V电压时的衰减量为40.2 dB; 微流控光开关无电压时处于“关”状态, 外加电压大于135 V时, 处于 “开”状态。
微流控光学 介质上电润湿 可变光圈 可变光衰减器 光开关 optofluidic EWOD variable aperture variable optical attenuator optical switch
重庆理工大学药学与生物工程学院, 重庆 400054
光流体可变光圈在图像采集、目标追踪、生物识别和其他便携式电子设备中具有重要的应用潜力。与机械光圈相比, 该光圈孔径是近乎完美的可调圆形, 且光流体可变光圈具有易于加工、结构紧凑、驱动便捷和功耗低等优点, 故已成为当今微纳光学研究领域的热点之一。综述国内外现有光流体可变光圈技术的发展现况, 通过总结前人的研究方法, 展望未来光流体可变光圈的发展方向。
光学器件 介质上电润湿效应 介电力 电磁驱动 激光与光电子学进展
2017, 54(9): 090002
南京邮电大学 光电工程学院微流控光学技术研究中心,江苏 南京 210003
设计了一种新型的低成本、小体积的基于变焦液体透镜的可调光衰减器。该器件以具有圆柱状通孔的精密套管为透镜腔,腔内放置两种互不相溶的液体(水/油/水),腔内液体构成了薄(油)透镜介质;采用导电材料制作的套管作为一个电极,另两个电极则分别是与导电水溶液相接的左右管脚。通过介质上电润湿效应(EWOD)控制导电液体与绝缘油接触面形状,实现透镜焦距的调谐,进而实现单模光纤间耦合光强的调控,达到光的衰减控制目的。理论分析表明,这种光衰减器的衰减范围为0~60 dB,而且具有很好的波长相关损耗特性。
光学器件 可调光衰减器 介质上电润湿 液体变焦透镜 激光与光电子学进展
2010, 47(8): 082302
南京邮电大学 光电工程学院 微流控光学技术研究中心，南京 210003
采用特定的“导电硅橡胶基片/绝缘膜层”微透镜阵列内芯材料，研究其表面的介质上电润湿(EWOD)特性。实验获得了不同绝缘层厚度和相对介电常数下导电液滴接触角随电压变化的图形，得到了不同材料组合的EWOD特性。实验结果表明，导电液滴接触角的余弦值随电压的增大而增大；在硅橡胶绝缘层厚度不同的情况下，绝缘层厚度与接触角余弦值变化率成反比；在绝缘层相同厚度情况下，硅橡胶绝缘层性能要优于派瑞林绝缘层。相关结论为新型微流控光学变焦透镜阵列器件的设计和研制提供了重要依据。
导电硅橡胶 介质上电润湿 绝缘层参数 conductive silicone rubber electrowetting-on-dielectric parameters of insulating layer
基于介质上电润湿效应提出了一种由覆盖有导电氧化铟锡(ITO)薄膜和疏水介质薄膜的玻璃片,悬浮在玻璃片上方的锥形金属圆环以及透镜中的液体组成的液体变焦透镜结构。通过改变施加在接地金属圆环和ITO控制电极之间的电压,实现了透镜液体的弯月面位置和曲率的可逆调整,从而改变透镜焦距。悬浮的金属圆环同时被用来使透镜中的水滴自居中,讨论了具有自居中效应的不同悬浮圆环形状对弯月面光学功率变化范围的影响。实验结果表明,施加40V电压可以使透镜样品在2.5cm和无限远之间聚焦,同时拥有高成像质量,光学功率变化范围达40m-1。本文设计的液体变焦透镜兼具低功耗、小尺寸和高度可逆等特性,在微透镜应用领域具有很大优势。
介质上电润湿 变焦透镜 液体透镜 表面张力 electrowetting on dielectric variable-focus lens liquid lens surface tension
微流控技术作为微全分析系统的关键与核心，一直是MEMS领域中的一个研究重点。随着微流控技术水平的不断提高以及与其它学科的不断渗透与融合，近年来已经涌现出一批令人注目的研究热点，其中微流控光学器件就是其典型代表。微流控技术与光学器件的融合，为传统光学器件的微型化、阵列化、低成本化以及高精度控制提供了可能。叙述了一些基于微流控技术的可变焦光透镜、显示器件、光开关、以及可调光纤光栅等新型光学器件的近期研究成果和应用背景。
微流控 光学器件 介质上电润湿 热毛细管 micro fluidics MEMS MEMS optical device electrowetting-on-dielectric thermo-capillary
