为实现三维空间光束指向控制,提出了一种基于介电润湿效应的液体棱镜阵列系统。根据几何光学和介电润湿理论,推导并分析了光束转向角与液体棱镜单元的最大偏转角、介电润湿接触角、棱镜单元间距及液体折射率等因素之间的关系;通过COMSOL构建介电润湿液体棱镜阵列模型,仿真了电压控制下液体棱镜单元内双液体界面面型的变化过程,模拟再现了该液体棱镜阵列对光束指向的控制特性。结果表明,基于介电润湿技术的液体光学棱镜阵列在一定范围内可实现对光束指向的连续控制。通过选取特定的液体组合,饱和接触角降低到45°,棱镜单元的光束转向范围可提高到28°(-14°~14°)。当光轴间距r为6 mm时,液体棱镜阵列系统可以实现在28°圆锥区域内的连续控制,且圆锥顶点位于Z轴22.58 mm位置处。

环境温度的变化对表面等离子体共振(SPR)检测系统产生的热效应会影响共振条件和相关输出量。建立液体棱镜SPR检测系统,对系统中各介质层的热性能进行详细分析。基于介质层的折射率与温度关系的理论模型,数值模拟了环境温度变化对各介质层共振曲线和共振角的影响。模拟结果表明去离子水的热致折射率变化比玻璃基底和金属薄膜高1~2个数量级。实验上,采用自主搭建的共振检测系统研究共振角偏移和水的折射率变化对外界温度改变的依赖关系。结果表明当外界环境温度变化范围为29 K时,共振角偏移量是0.216°,水的折射率变化达到4.02×10 ^-3,并推导出水的折射率与温度之间关系的表达式。实验结果和理论计算基本一致,为进一步提高检测系统的灵敏度奠定了基础。

光开关是实现多光路电子切换器件的重要组成元件。提出一种基于液体棱镜的光开关，该光开关由一个液体棱镜与一个双孔挡光板组成。初始状态下，液-液界面为凸面形状,入射光经过液体棱镜后会聚到挡光板中央，被挡光板阻挡反射吸收，表现为光关状态。当把电压施加在液体棱镜单侧时，为光开状态。并且当在两侧同时施加电压时，液-液界面形变为凹面形状，入射光束发生发散，此时表现为同时光开状态。实验结果表明，该器件在自适应液体光开关中具有较快的响应时间(上升时间：~85 ms；下降时间：~140 ms)以及较高的光衰减度(~965∶1)特性。提出的光开关在光阀、可调光衰减器以及光路由器等方面有着潜在的应用价值。

提出了一种微流控电调谐非机械空间光开关器件，该器件的基本形式为“光输入阵列+光交换空间+光输出阵列”的结构，采用“水/油/水”液体棱镜作为偏光控制单元.在特定电压范围(30~110 V)内，通过电润湿效应作用的液体棱镜光束偏转角可在约－15°~15°之间连续可调.由此可构造多种平面甚至立体光开关阵列.