一种基于微流控的可调光阑的制作方法

本发明涉及一种可调光阑，更具体地说，本发明涉及一种基于微流控的可调光阑。

二、

背景技术：

近些年来，液体可调光阑吸引了很多研究者的关注，原因在于其可广泛应用在光学成像系统、光开关和可协调光衰减器中。尤其是在光学成像系统中，有经验的光学设计者可以通过调节光阑的大小和位置来控制通光孔径和减小轴外像差，如慧差和象散。传统的光阑是基于旋转叶片设计一个可调节的光孔。然而，由于机械的操作方式，光阑的孔径变化不准确，此外响应速度慢也是传统器件普遍存在的一个问题。液体光阑由于内部不需要引入可移动的固体元部件而具有性能稳定、轻量化和低能耗等优点。现有的基于介电力效应的液体光阑虽然响应时间快、工作电压低，但是由于介电力本身比较弱，因此基于介电力效应的液体光阑尺寸较小，限制了其应用范围。基于电湿润效应的液体光阑也被广泛研究，此种液体光阑可以用扩张和收缩液面的方式实现，其可以达到较大的孔径协调幅度。然而，电湿润液体光阑的寿命有限，且存在由于电场中的排斥力存在，所以无法达到100％孔径变化范围。通常，微米尺度空间里流动的流体被认为微流体，对以层流或低雷诺数为主要特征微流体的操控相应的成为微流控，其主要特点在于结构的可调化、功能的集成化和系统的微型化。因此，将光学器件集成在一块芯片上，实现对光信号的生产、控制及处理，具有成本低、人力投入少、自动化程度高、精准度和可重复性高的特点。

三、

技术实现要素：

本发明提出一种基于微流控的可调光阑。如附图1所示，该光阑包括：基板、控制层、腔体层、顶层、第一注水通道、出水通道、第二注水通道、第三注水通道、第四注水通道、第一填充液体和第二填充液体。其中，第三注水通道在控制层，且在控制层的中央与腔体层通过一个小孔连接，第一注水通道、第二注水通道、第四注水通道、出水通道均在腔体层，第一填充液体和第二填充液体两种液体密度相同，且互不相溶，第一填充液体染色，吸收可见光，第二填充液体无色，可透光。

本发明提出的基于微流控的可调光阑的工作原理如附图2所示。第一填充液体通过第一注水通道、第三注水通道、第四注水通道被注入腔体层，作为吸收光的材料，并且以一定的注入速度保持不变。第二填充液体通过第二注水通道注入腔体层的中央，这样在中间部分的第一填充液体就被第二填充液体挤开，形成了一个圆形通光孔径。在控制第一填充液体的注入速率合适的情况下，改变第二填充液体的静水压力，就可以控制圆形光阑孔径的大小和位置。

优选地，基板的厚度为d1≥0.05mm且d1≤1mm。

优选地，控制层的厚度为d2≥0.1mm且d2≤1mm。

优选地，腔体层的厚度d3≥0.1mm且d3≤2mm，腔体层中填充了液体的部分的口径d4≥0.5mm且d4≤20mm。

优选地，顶层的厚度为d5≥0.5mm且d5≤1mm。

优选地，注水通道和出水通道直径均为d6≥0.05mm且d6≤0.2mm。

优选地，控制层、腔体层、基板和顶层均为高透过率材质。

优选地，第二注水通道的内壁用Teflon润滑处理，以减小内壁对第二填充液体的粘滞阻力。

优选地，第一填充液体为染色硅油，第二填充液体为透明水溶液，其密度相同，且互不相容。

优选地，基于微流控的可调光阑的驱动方式为机械力驱动。

四、附图说明

附图1为本发明基于微流控的可调光阑的结构图。

附图2为本发明基于微流控的可调光阑的工作原理示意图。

上述各附图中的图示标号为：

1基板，2控制层,3腔体层，4顶层,5第一注水通道,6出水通道，7第二注水通道,8第三注水通道，9第四注水通道，10第一填充液体，11第二填充液体。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

五、具体实施方式

下面详细说明本发明提出的一种基于微流控的可调光阑的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明的一个实施例为：如附图1所示，本实施例中基板是BK7玻璃，长宽及厚度尺寸为6×6×0.75mm³；控制层为聚合物PMMA材料，长宽及厚度尺寸为6×6×0.5mm³；腔体层是PMMA材料，长宽及厚度尺寸为6×6×0.75mm³，填充液体部分的口径为12mm；顶层是BK7玻璃长宽及厚度尺寸为6×6×0.75mm³；填充液体的进出口直径均为0.15mm。微流控光阑整体尺寸参数：整体长宽为6×6mm²，整体厚度为2.75mm；第一填充液体为苏丹黑染色的硅油溶液，其密度为1.14g/cm³；第二填充液体为氯化钠溶液，其密度为1.14g/cm³，光学透过率超过95％。本实施例采用的工作波段为可见光波段。控制本发明第一填充液体的合理流速和第二填充液体施加不同静水压力从而控制圆形光阑孔径的大小和位置。本发明实施例中机械驱动压力为0.05～0.25MPa，光阑孔径的变化范围为0～10mm。