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随着光学系统的蓬勃发展,光学器件的微型化、集成化、可调化将成为光技术的重要发展方向。然而,传统光学器件由于体积大、成本高、可调性差,对现代光学系统的微型化、产业化进程带来一定影响。近年来,微流体变焦透镜的研究已展示出其在光学系统中的应用前景,其中基于介质上电润湿(EWOD)的微流体变焦透镜只需改变外加电压便能快速调节透镜焦距,并且具有尺寸小、结构灵活、功耗低、焦距调节范围广等许多突出优点而日益受到注目。本研究主要内容及结果如下:
(1)提出了“上盖片+内芯+下盖片”的“三明治”夹心结构的微透镜阵列器件的基本结构;通过利用介质上电润湿效应实现微透镜焦距的控制的原理,提出了采用导电硅橡胶材料制作微透镜阵列芯片内芯的设计方案,同时将其作为一个电极,同时利用镀有ITO导电层的玻璃下盖片作为另一电极。采用导电硅橡胶制作内芯的方法简化了电极结构和芯片的制作工艺,同时省去了复杂的表面电极布局问题,明显地减小微透镜腔的间隔,有效地提高透镜阵列的占空比和光能利用率。
(2)通过一系列的理论分析与实验摸索,完成了以导电硅橡胶为内芯的基于介质上电润湿效应液体可变焦光学微透镜阵列的具体设计和制作,得出了一套在普通实验室制作工艺条件下,以导电硅橡胶为内芯的基于介质上电润湿效应的变焦液体微透镜阵列芯片的制作方案,为后续工作的开展奠定了一定的实践基础。
(3)通过实验及数值模拟分析的方法,对微透镜阵列焦距进行了测试,并通过测试结果分析透镜焦距与电压的关系,总结出了此微透镜阵列各特性参数之间的关系以及一些规律性的结论,为后期进一步工作的开展奠定了一定的理论基础。