一种基于微流控的可调光束分束器
阅读说明：本技术 一种基于微流控的可调光束分束器 (Micro-fluidic-based adjustable light beam splitter ) 是由 段修栋 宋潮龙 杨韵燃 涂鑫 于 2021-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于微流控的可调光束分束器,包括：激光器、流体控制系统、Y分支波导和带CCD的倒置荧光显微镜；Y分支波导为PDMS在硅片上倒模制成的微流控芯片,且关于水平线对称,包括：芯层,位于芯层上方的包层A,位于芯层下方的包层B,位于波导末端的包层C,Y分支波导的分支点前设置一个朝向通道入口方向的楔形块,激光器输入光源通过光纤耦合到微流控芯片中,通过流体控制系统控制流体的流量大小,改变芯层流体的位置和宽度以实现动态调节分光比。本发明使用PDMS微流控芯片构建流体光波导进而得到一种基于微流控的可调光束分束器,实现了较大的分光比调节范围。制造工艺简单、实施成本低。(The invention provides a microfluidic-based adjustable beam splitter, comprising: a laser, a fluid control system, a Y-branch waveguide and an inverted fluorescence microscope with a CCD; the Y-branch waveguide is a microfluidic chip which is made by inverse molding PDMS on a silicon chip and is symmetrical about a horizontal line, and comprises: the laser input light source is coupled into the micro-fluidic chip through an optical fiber, the flow rate of the fluid is controlled through a fluid control system, and the position and the width of the fluid in the core layer are changed to realize dynamic adjustment of the splitting ratio. According to the invention, the PDMS micro-fluidic chip is used for constructing the fluid optical waveguide, so that the micro-fluidic adjustable beam splitter is obtained, and a larger splitting ratio adjusting range is realized. The manufacturing process is simple and the implementation cost is low.)
技术领域
本发明涉及流体光波导的构建领域，尤其涉及一种基于微流控的可调光束分束器。
背景技术
Y分支波导在光开关、光功率分配器、马赫-曾德干涉仪等光学系统中起着重要的作用。然而，固体波导的可调谐性限制了分束功能。光流控具有许多在固体中没有的特性。基于微流控技术设计了一种新型的Y分支流体光波导装置，实现了较小的附加损耗和较大的光强比可调范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于微流控的可调光束分束器，实现较小的附加损耗和较大的光强比可调范围。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于微流控的可调光束分束器，包括：激光器、流体控制系统、Y分支波导和带CCD的倒置荧光显微镜；
所述Y分支波导为PDMS在硅片上倒模制成的微流控芯片，且关于水平线对称，包括：芯层，位于芯层上方的包层A，位于芯层下方的包层B，位于波导末端的包层C，所述Y分支波导的分支点前设置一个朝向通道入口方向的楔形块，所述激光器输入光源通过光纤耦合到微流控芯片中，通过所述流体控制系统控制流体的流量大小，改变芯层流体的位置和宽度以实现动态调节分光比。
优选地，所述Y分支波导的工作区域长为1900μm，宽为430μm，高为125μm。
优选地，所述包层A、包层B、包层C通入的是乙二醇，所述芯层通入的是肉桂醛。
优选地，所述楔形块的尖端的角度为15°，长为500μm，宽为130μm。
优选地，所述Y分支波导包括一个主通道和两个分支通道，每个所述分支通道与所述主通道的夹角为27°。
优选地，所述流体控制系统由双通道注射泵实现。
优选地，所述芯层、包层A、包层B、包层C的截面均为矩形。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明使用PDMS微流控芯片构建流体光波导进而得到一种基于微流控的可调光束分束器，实现了较大的分光比调节范围。制造工艺简单、实施成本低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例基于微流控的可调光束分束器的装置结构图；
图2是本发明实施例不同分光比对应的流体流动状态图；
图3是本发明实施例计算分光比的示意图；
图4是本发明实施例流量变化过程中分光比动态变化图；
图5是本发明实施例当芯层流量为40μL/min，包层C流量为20μL/min，包层B从2μL/min增加到38μL/min过程中分光比的变化。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，图1是本发明实施例基于微流控的可调光束分束器的装置结构图，其中，图1(a)为分束器结构图，图1(b)为验证分光比的装置图；
本发明提供了一种基于微流控的可调光束分束器，包括：激光器(Laser)、流体控制系统、Y分支波导和带CCD的倒置荧光显微镜(Microscope)；
所述Y分支波导为PDMS在硅片上倒模制成的微流控芯片，关于水平线对称，包括：芯层(Core)，位于芯层上方的包层A(Cladding A)，位于芯层下方的包层B(Cladding B)，位于波导末端的包层C(Cladding C)，所述Y分支波导的分支点前设置一个朝向通道入口方向的楔形块(Wedge)，所述激光器(Laser)输入光源通过光纤耦合到微流控芯片中，通过所述流体控制系统控制流体的流量大小，改变芯层流体的位置和宽度以实现动态调节分光比。
在本实施例中，所述Y分支波导的工作区域长为1900μm，宽为430μm，高为125μm。
在本实施例中，所述包层A、包层B、包层C通入的是乙二醇，所述芯层通入的是肉桂醛。
在本实施例中，所述楔形块的尖端的角度为15°，长为500μm，宽为130μm。
在本实施例中，所述Y分支波导包括一个主通道和两个分支通道，每个所述分支通道与所述主通道的夹角为27°。
在本实施例中，所述流体控制系统由双通道注射泵(Pump)实现。
在本实施例中，所述芯层、包层A、包层B、包层C的截面均为矩形，其形状也可根据具体情况进行调整。
作为可选地实施方式，所述双通道注射泵的型号为：LEAD FLUID TYD02-02。
作为可选地实施方式，所述带CCD的倒置荧光显微镜的型号为：SHUOGUANG CFM-500E。
参考图2，图2是本发明实施例不同分光比对应的流体流动状态图。其中图2(a)是分光比为1:1时的流体流动状态；图2(b)是分光比为1:0时的流体流动状态；图2(c)是分光比为0:1时的流体流动状态。输入光源由激光器提供并通过光纤耦合到芯片中，通过控制四台双通道注射泵泵送流体的流量大小，改变芯层流体的位置和宽度来达到动态改变分光比的效果。
参考图3，图3是本发明实施例计算分光比的示意图；
为了验证本发明提出的流体光波导可以获得较大的分光比调整范围，设计了实验以定量分析分光比动态调节范围。在实验中为了更好地观测分光比的变化，在肉桂醛中加入罗丹明6G并用532nm的激光器来激发荧光。采用带CCD的倒置荧光显微镜(型号为：SHUOGUANG CFM-500E)观察光路，捕捉荧光图像并计算分光比。I1为图中竖直虚线上半部分的光强累加值，I2为图中竖直虚线下半部分的光强累加值。分光比的计算方法为：R＝I1/(I1+I2)。
参考图4，图4是本发明实施例流量变化过程中分光比动态变化图；其中，图4(a)为芯层流量为40μL/min，包层C流量为20μL/min，包层B从16μL/min增加到24μL/min过程中分光比的变化；图4(b)为芯层流量为100μL/min，包层C流量为20μL/min，包层B从8μL/min增加到32μL/min过程中分光比的变化；图4(c)芯层流量为160μL/min，包层C流量为20μL/min，包层B从2μL/min增加到38μL/min过程中分光比的变化。
通过注射泵将芯层流量(Q2)调至40μL/min，包层C的流量调至20μL/min。在实验过程中，改变包层流量时保持包层A和B的流量和不变可以维持芯层的宽度不变。例如保持包层的流量和为40μL/min，包层B的流量(Q3)为16μL/min时，包层A的流量为24μL/min，当包层B的流量增加到18μL/min时，包层A的流量为22μL/min。由图4可知，当芯层的流量增加时，分光比的变化范围越来越小。这表明在芯层的流量越小时，分束器所能获得的分光比调节范围越大。
参考图5，图5是本发明实施例当芯层流量为40μL/min，包层C流量为20μL/min，包层B从2μL/min增加到38μL/min过程中分光比的变化。
以芯层的流量为40μL/min为例，将包层B的流量从2μL/min并以2为步距逐渐增加到38μL/min，其对应的分光比由0动态调节至1。这个实验说明了本发明基于微流控的可调光束分束器具有极好的分光比动态调节范围。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
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